JP2012035056A - Breathing level measuring device and breathing level measuring system - Google Patents
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Abstract
【課題】被験者の右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定可能な装置を提供する。
【解決手段】生体測定装置1は、身体の特定部位の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部200と、CPU170とを備える。CPU170は、被験者の右肺を含む部位の生体電気インピーダンスと、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスとを測定するように生体電気インピーダンス測定部200を制御する。そして、CPU170は、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める。
【選択図】図1
A device capable of accurately and easily measuring the ventilation capacity of each of the right lung and left lung of a subject is provided.
A biometric apparatus includes a bioelectrical impedance measuring unit that measures bioelectrical impedance of a specific part of the body, and a CPU. The CPU 170 controls the bioelectrical impedance measuring unit 200 so as to measure the bioelectrical impedance of the part including the right lung of the subject and the bioelectrical impedance of the part including the left lung. Then, the CPU 170 obtains the right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the right lung based on the measured value of the bioelectrical impedance of the part including the right lung, while based on the measured value of the bioelectrical impedance of the part including the left lung. The left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung is obtained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、被験者の肺の換気能力を示す呼吸レベルを測定する装置およびシステムに関する。 The present invention relates to an apparatus and system for measuring a respiratory level indicative of a subject's lung ventilation capability.
生体電気インピーダンスを測定し、測定結果に基づいて、生体の状態を推定する各種の装置が従来から知られている。そのような装置の一つとして、特許文献1には、体幹生体電気インピーダンスに基づいて、肺活量を推定する技術が開示されている。
Various devices that measure bioelectric impedance and estimate the state of a living body based on the measurement result have been known. As one of such devices,
ところで、人間の肺は左右に2つある。健康体である場合は、右側の肺(右肺と呼ぶ)と左側の肺(左肺)との間に機能差(換気能力の差)はみられないが、左右の肺の何れかに疾患等がある場合においては、右肺と左肺との間に機能差が生じる。しかしながら、従来の技術では、右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定することは困難であった。
そこで、本発明は、被験者の右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定可能な装置およびシステムを提供することを解決課題とする。
By the way, there are two human lungs on the left and right. When healthy, there is no functional difference (difference in ventilation capacity) between the right lung (referred to as the right lung) and the left lung (left lung), but there is a disease in either the left or right lung When there is a difference, a functional difference is generated between the right lung and the left lung. However, it has been difficult to accurately and easily measure the ventilation capacity of each of the right lung and the left lung with the conventional technology.
Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus and system that can accurately and easily measure the ventilation capacity of each of the right lung and left lung of a subject.
上述した課題を解決するため、本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)は、被験者の右肺を含む部位と、左肺を含む部位とについて生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部(170、200)と、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部(170)と、を備えることを特徴とする。本発明では、呼吸レベル算出部が、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求めることにより、被験者の右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定できる。 In order to solve the above-described problem, a respiration level measurement apparatus (1) according to the present invention includes a bioelectrical impedance measuring unit (170) that measures bioelectrical impedance for a part including a right lung and a part including a left lung of a subject. 200), and the right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the right lung is obtained based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the right lung, while the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the left lung is obtained. And a respiration level calculation unit (170) for obtaining a left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung. In the present invention, the respiration level calculation unit obtains the right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the right lung based on the measurement value of the bioelectric impedance of the region including the right lung, while the bioelectric impedance of the region including the left lung By obtaining the left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung based on the measured values of the above, the ventilation capacity of each of the subject's right lung and left lung can be accurately and easily measured.
本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)の態様として、生体電気インピーダンス測定部は、被験者の右肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスと、被験者の左肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスとを測定し、呼吸レベル算出部は、第1生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルを求める一方、第2生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルを求める。 As an aspect of the respiratory level measurement device (1) according to the present invention, the bioelectrical impedance measuring unit includes the first bioelectrical impedance on the right side of the upper trunk, including the upper part of the subject's right lung and not including the abdomen, and the left of the subject. The second bioelectrical impedance of the upper left side of the trunk including the upper part of the lung and not including the abdomen is measured, and the respiration level calculating unit determines the ventilation capacity of the upper part of the right lung based on the measured value of the first bioelectrical impedance. The first right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the upper part of the left lung is obtained based on the measured value of the second bioelectrical impedance.
被験者が吸気と呼気とからなる呼吸を行うと、その呼吸に応じて体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスおよび体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスの各々は変化する。吸気では肺組織に含まれる空気量が増加するために肺の生体電気インピーダンスは増加方向に変化し、呼気では肺組織に含まれる空気量が減るために肺の生体電気インピーダンスは減少方向に変化する。つまり、右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンス、および左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスの各々は、吸気では増加方向に変化する一方、呼気では減少方向に変化する。ここで、右肺に出入りする空気量、つまりは右肺の換気量が多いほど、第1生体電気インピーダンスの振幅値は大きくなる。上述の態様では、第1生体電気インピーダンスの振幅値は、右肺の上部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第1生体電気インピーダンスの測定値に基づいて右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルを求めている。一方、左肺に出入りする空気量、つまりは左肺の換気量が多いほど、第2生体電気インピーダンスの振幅値は大きくなる。上述の態様では、第2生体電気インピーダンスの振幅値は、左肺の上部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第2生体電気インピーダンスの測定値に基づいて左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルを求めている。これにより、右肺の上部の換気能力と左肺の上部の換気能力とを正確かつ容易に測定できる。 When the subject performs breathing consisting of inspiration and expiration, each of the first bioelectrical impedance on the right side of the upper trunk and the second bioelectrical impedance on the left side of the upper trunk changes according to the breathing. Inhalation increases the amount of air contained in the lung tissue, so the bioelectrical impedance of the lung changes in the increasing direction. In expiration, the amount of air contained in the lung tissue decreases, so the bioelectrical impedance of the lung changes in the decreasing direction. . That is, the first bioelectrical impedance on the right side of the upper trunk that includes the upper part of the right lung and does not include the abdomen, and the second bioelectrical impedance on the left side of the upper trunk that includes the upper part of the left lung and does not include the abdomen While changing in the increasing direction, exhalation changes in the decreasing direction. Here, the greater the amount of air entering and exiting the right lung, that is, the greater the amount of ventilation in the right lung, the greater the amplitude value of the first bioelectrical impedance. In the above-described aspect, focusing on the fact that the amplitude value of the first bioelectrical impedance is a value corresponding to the ventilation capacity of the upper part of the right lung, ventilation of the upper part of the right lung based on the measured value of the first bioelectrical impedance. A first right lung respiratory level indicative of ability is determined. On the other hand, the larger the amount of air entering and leaving the left lung, that is, the amount of ventilation of the left lung, the larger the amplitude value of the second bioelectrical impedance. In the above-described aspect, focusing on the fact that the amplitude value of the second bioelectrical impedance is a value corresponding to the ventilation capacity of the upper part of the left lung, ventilation of the upper part of the left lung based on the measured value of the second bioelectrical impedance. A first left lung respiratory level indicative of ability is determined. Thereby, the ventilation capacity of the upper part of the right lung and the ventilation capacity of the upper part of the left lung can be accurately and easily measured.
また、例えば、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスを測定するため、被験者の体幹部表面のうち右肺の部分に電流電極や電圧電極を貼り付けることが考えられる。また、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスを測定するため、被験者の体幹部表面のうち左肺の部分に電流電極や電圧電極を貼り付けることが考えられる。しかしながら、このような方法では被験者に電流電極や電圧電極を貼り付ける手間が掛かる。四肢誘導八電極法を利用すれば、両掌と両足裏の部分に電流電極や電圧電極を配置することで、被験者の右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスと、被験者の左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスを測定することができる。このため電流電極や電圧電極を被験者の体幹部に貼り付ける必要がない。 For example, in order to measure the bioelectrical impedance of a part including the right lung, it is conceivable to attach a current electrode or a voltage electrode to the right lung portion of the surface of the trunk of the subject. Moreover, in order to measure the bioelectrical impedance of the region including the left lung, it is conceivable to attach a current electrode or a voltage electrode to the left lung portion of the trunk surface of the subject. However, such a method requires time and effort to attach the current electrode and the voltage electrode to the subject. If the limb-guided eight-electrode method is used, current electrodes and voltage electrodes are placed on both palms and soles so that the first bioelectricity on the right side of the upper trunk, including the upper part of the subject's right lung and not including the abdomen. Impedance and the second bioelectric impedance on the left side of the upper trunk, which includes the upper part of the subject's left lung and does not include the abdomen, can be measured. For this reason, it is not necessary to affix a current electrode or a voltage electrode on a test subject's trunk.
本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)の態様として、第1生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第1センタリング値、および、第2生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第2センタリング値を生成する第1センタリング値生成部(170)と、第1生体電気インピーダンスの測定値の第1センタリング値に対する相対値である第1相対値を求める第1相対値算出部(170)と、第2生体電気インピーダンスの測定値の第2センタリング値に対する相対値である第2相対値を求める第2相対値算出部(170)と、をさらに備え、呼吸レベル算出部は、第1相対値に基づいて第1の右肺呼吸レベルを求める一方、第2相対値に基づいて第1の左肺呼吸レベルを求めることが好ましい。第1センタリング値とは、呼吸に伴う第1生体電気インピーダンスの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルである。また、第2センタリング値とは、呼吸に伴う第2生体電気インピーダンスの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルである。 As an aspect of the respiratory level measurement apparatus (1) according to the present invention, a first centering value indicating the amplitude reference level of the measurement value of the first bioelectrical impedance and an amplitude reference level of the measurement value of the second bioelectrical impedance are shown. A first centering value generation unit (170) that generates a second centering value, and a first relative value calculation unit (170) that calculates a first relative value that is a relative value of the measurement value of the first bioelectrical impedance to the first centering value. ) And a second relative value calculation unit (170) that obtains a second relative value that is a relative value of the measurement value of the second bioelectrical impedance to the second centering value, and the respiration level calculation unit includes the first Preferably, the first right lung respiratory level is determined based on the relative value, while the first left lung respiratory level is determined based on the second relative value. A 1st centering value is an amplitude reference level for extracting the information resulting from respiration from the waveform which shows the time-dependent change of the 1st bioelectrical impedance accompanying respiration. The second centering value is an amplitude reference level for extracting information resulting from respiration from a waveform indicating a change with time of the second bioelectric impedance accompanying respiration.
上述の態様では、呼吸レベル算出部が、呼吸に起因した情報を示す第1相対値および第2相対値に基づいて、第1の右肺呼吸レベルおよび第1の左肺呼吸レベルを求めることにより、右肺の上部の換気能力および左肺の上部の換気能力をより正確に測定できる。また、呼吸レベル算出部は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1相対値の最大値と最小値との絶対値の和を、第1の右肺呼吸レベルとして算出する一方、当該1呼吸における第2相対値の最大値と最小値との絶対値の和を、第1の左肺呼吸レベルとして算出するという具合である。 In the above-described aspect, the respiratory level calculation unit obtains the first right lung respiratory level and the first left lung respiratory level based on the first relative value and the second relative value indicating information resulting from the breathing. The ventilation capacity of the upper part of the right lung and the ventilation capacity of the upper part of the left lung can be measured more accurately. The respiration level calculation unit calculates, for each respiration of the subject, the sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the first relative value in the one respiration as the first right lung respiration level, For example, the sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the second relative value in one breath is calculated as the first left lung respiration level.
また、生体電気インピーダンス測定部は、所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、第1生体電気インピーダンスおよび第2生体電気インピーダンスを測定する。そして、第1センタリング値生成部は、体動などによる影響で、第1生体電気インピーダンスおよび第2生体電気インピーダンスの各々の変化を示す波形が乱れても、それに応じた第1センタリング値および第2センタリング値が得られるように、所定数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスの測定値に基づいて第1センタリング値を生成するとともに、各サンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの測定値に基づいて第2センタリング値を生成する。より具体的には、第1センタリング値生成部は、サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、当該サンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける第1センタリング値を生成する一方、各サンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける第2センタリング値を生成する。これにより体動などによる影響で、第1生体電気インピーダンスおよび第2生体電気インピーダンスの変化を示す波形が乱れても、それに応じた第1センタリング値および第2センタリング値を精度良く生成できる。また、センタリング期間の時間長は、被験者の呼吸速度に応じて可変に設定されることが好ましい。なお、「移動平均処理」には、重み付けのない平均処理だけでなく、重み付けのある平均処理も含まれる。例えば各サンプリングタイミングにおける周波数の相違に応じた重み付けがされた上で平均処理が行われる態様であってもよい。 The bioelectrical impedance measuring unit measures the first bioelectrical impedance and the second bioelectrical impedance every time the sampling timing is reached at a predetermined cycle. And even if the waveform which shows each change of 1st bioelectrical impedance and 2nd bioelectrical impedance is disturb | confused by the influence by body movement etc., the 1st centering value production | generation part produces the 1st centering value and 2nd according to it. A first centering value is generated based on the measured value of the first bioelectrical impedance at each of a predetermined number of sampling timings so that the centering value is obtained, and based on the measured value of the second bioelectrical impedance at each sampling timing. To generate a second centering value. More specifically, for each sampling timing, the first centering value generator generates a plurality of samplings within a centering period starting from a time point a predetermined time length before the sampling timing and ending with the sampling timing. The moving average process is performed using the measurement value of the first bioelectrical impedance at each timing, and based on the result, the first centering value at the sampling timing is generated, while the second bioelectrical impedance at each sampling timing is generated. A moving average process is performed using the measured value, and a second centering value at the sampling timing is generated based on the result. As a result, even if the waveforms indicating changes in the first bioelectric impedance and the second bioelectric impedance are disturbed due to the influence of body movement or the like, the first centering value and the second centering value corresponding thereto can be generated with high accuracy. Moreover, it is preferable that the time length of the centering period is variably set according to the breathing rate of the subject. The “moving average process” includes not only an unweighted average process but also an average process with a weight. For example, an aspect in which averaging processing is performed after weighting according to a difference in frequency at each sampling timing may be employed.
上述の態様においては、第1の右肺呼吸レベルおよび第1の左肺呼吸レベルだけでなく、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルと、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを測定することもできる。被験者が呼吸を行うと、その呼吸に応じて、体幹中部の生体電気インピーダンスも変化し、右肺の換気量が多いほど、右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスの振幅値が大きくなる一方、左肺の換気量が多いほど、左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスの振幅値が大きくなる。本発明では、この点に着目し、第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルを求めるとともに、第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを求めている。より具体的には、生体電気インピーダンス測定部は、サンプリングタイミングに到達するたびに、被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹上部左側の第4生体電気インピーダンスとを測定し、第3生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第3センタリング値、および、第4生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第4センタリング値を生成する第2センタリング値生成部(170)と、第3生体電気インピーダンスの測定値の第3センタリング値に対する相対値である第3相対値を求める第3相対値算出部(170)と、第4生体電気インピーダンスの測定値の第4センタリング値に対する相対値である第4相対値を求める第4相対値算出部(170)と、第1生体電気インピーダンスの測定値と第1センタリング値とが等しくなる第1ゼロクロスタイミング、および、第2生体電気インピーダンスの測定値と第2センタリング値とが等しくなる第2ゼロクロスタイミングを抽出するゼロクロスタイミング抽出部(170)と、をさらに備え、第2センタリング値生成部は、第1ゼロクロスタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて第3センタリング値を生成する一方、第2ゼロクロスタイミングにおける第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて第4センタリング値を生成し、呼吸レベル算出部は、第3相対値に基づいて、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルを求める一方、第4相対値に基づいて、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを求めるという具合である。 In the above-described aspect, not only the first right lung respiratory level and the first left lung respiratory level, but also the second right lung respiratory level indicating the ventilation ability of the middle lower part of the right lung, A second left lung respiratory level indicative of ventilation capability can also be measured. When the subject breathes, the bioelectrical impedance of the middle trunk changes according to the breathing, and the third living body on the right side of the middle trunk including the middle lower part of the right lung and the abdomen increases as the amount of ventilation in the right lung increases. While the amplitude value of the electrical impedance increases, the amplitude value of the fourth bioelectrical impedance on the left side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen including the left lung increases as the ventilation volume of the left lung increases. In the present invention, focusing on this point, the second right lung respiration level indicating the ventilation capability of the middle lower part of the right lung is obtained based on the measured value of the third bioelectrical impedance, and the measured value of the fourth bioelectrical impedance. The second left lung respiration level indicating the ventilation capability of the middle lower part of the left lung is obtained based on the above. More specifically, every time the bioelectrical impedance measurement unit reaches the sampling timing, the bioelectrical impedance measurement unit and the third bioelectrical impedance on the right side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's right lung and the middle part of the subject's left lung The fourth bioelectrical impedance of the upper left side of the trunk including the lower part and the abdomen, the third centering value indicating the amplitude reference level of the measured value of the third bioelectrical impedance, and the measured value of the fourth bioelectrical impedance A second centering value generation unit (170) that generates a fourth centering value indicating the amplitude reference level, and a third relative value for determining a third relative value that is a relative value of the measured value of the third bioelectrical impedance with respect to the third centering value. A value calculation unit (170) and a fourth relative value that is a relative value of the measured value of the fourth bioelectrical impedance to the fourth centering value. A fourth relative value calculation unit (170) for calculating the first bioelectrical impedance, the first zero cross timing at which the first bioelectrical impedance measurement value and the first centering value are equal, and the second bioelectrical impedance measurement value and the second centering value And a zero-cross timing extraction unit (170) that extracts a second zero-crossing timing that is equal to each other, and the second centering value generation unit generates a third based on a measurement value of the third bioelectrical impedance at the first zero-crossing timing. While generating the centering value, the fourth centering value is generated based on the measurement value of the fourth bioelectrical impedance at the second zero-cross timing, and the respiration level calculation unit calculates the middle lower part of the right lung based on the third relative value. While determining the second right lung breathing level indicating the ventilation capacity of the second, based on the fourth relative value, And so that obtaining the second left lung respiration level indicating the lower ventilation capacity in the lungs.
ここで、腹式呼吸では、呼気時に腹部骨格筋の働きによって内臓組織が横隔膜を押し上げる方向に上昇するので、腹部の生体電気インピーダンスは増加方向に変化する。つまり、腹式呼吸の呼気では、肺の生体電気インピーダンスの減少を腹部の生体電気インピーダンスの増加が打ち消すように作用する。一方、胸式呼吸ではそのようなことはない。したがって、被験者の呼吸が腹式呼吸の場合、右肺の中下部および腹部を含む第3生体電気インピーダンスの変化は、上述の第1生体電気インピーダンスの変化とは異なる態様(非正弦波状)を示す。このため、第1センタリング値および第2センタリング値を求める場合と同様に、所定数のサンプリングタイミングの各々における第3生体電気インピーダンスの測定値を用いた移動平均処理を行っても、これらの振幅基準レベル、すなわち、呼吸に伴う第3生体電気インピーダンスの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベル(第3センタリング値)を精度良く求めることは困難である。これは第4センタリング値についても同様である。 Here, in abdominal breathing, the visceral tissue rises in the direction of pushing up the diaphragm by the action of the abdominal skeletal muscle during expiration, so the bioelectrical impedance of the abdomen changes in the increasing direction. That is, in the expiration of abdominal breathing, the increase in the bioelectrical impedance of the abdomen cancels the decrease in the bioelectrical impedance of the lungs. On the other hand, this is not the case with chest breathing. Therefore, when the subject's breathing is abdominal breathing, the change in the third bioelectric impedance including the middle lower part and the abdomen of the right lung shows a mode (non-sinusoidal) different from the change in the first bioelectrical impedance described above. . Therefore, as in the case of obtaining the first centering value and the second centering value, even if the moving average process using the measured value of the third bioelectrical impedance at each of the predetermined number of sampling timings is performed, these amplitude references It is difficult to accurately obtain an amplitude reference level (third centering value) for extracting information resulting from respiration from a level, that is, from a waveform indicating a temporal change in the third bioelectric impedance associated with respiration. The same applies to the fourth centering value.
上記の態様では、第2センタリング値生成部は、ゼロクロスタイミング抽出部で抽出された第1ゼロクロスタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、第3センタリング値を生成する一方、ゼロクロスタイミング抽出部で抽出された第2ゼロクロスタイミングにおける第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、第4センタリング値を生成する。より具体的には、第2センタリング値生成部は、サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける第3センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前のサンプリングタイミングで生成した第3センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける第3センタリング値として採用する。これにより被験者の呼吸が腹式呼吸であっても、第3生体電気インピーダンスの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベル(第3センタリング値)を精度良く求めることができる。 In the above aspect, the second centering value generation unit generates the third centering value based on the measurement value of the third bioelectrical impedance at the first zero cross timing extracted by the zero cross timing extraction unit, while the zero cross timing extraction A fourth centering value is generated based on the measured value of the fourth bioelectrical impedance at the second zero cross timing extracted by the unit. More specifically, the second centering value generation unit determines whether or not the sampling timing is the first zero cross timing at each sampling timing, and if the sampling timing is the first zero cross timing, Based on the measurement value of the third bioelectrical impedance at the sampling timing, the third centering value at the sampling timing is generated. On the other hand, when the sampling timing is not the first zero cross timing, the third centering value is generated at the sampling timing immediately before the sampling timing. The obtained third centering value is employed as the third centering value at the sampling timing. As a result, even if the subject's breathing is abdominal breathing, the amplitude reference level (third centering value) for extracting information resulting from breathing from the waveform indicating the temporal change in the third bioelectrical impedance is accurately obtained. Can be sought.
また、第2センタリング値生成部は、サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが第2ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが第2ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける第4センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが第2ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前のサンプリングタイミングで生成した第4センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける第4センタリング値として採用する。これにより被験者の呼吸が腹式呼吸であっても、第4生体電気インピーダンスの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベル(第4センタリング値)を精度良く求めることができる。そして、呼吸レベル算出部は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第3相対値の最大値と最小値との絶対値の和を、第2の右肺呼吸レベルとして算出する一方、当該1呼吸における第4相対値の最大値と最小値との絶対値の和を、第2の左肺呼吸レベルとして算出するという具合である。 In addition, the second centering value generation unit determines, for each sampling timing, whether or not the sampling timing is the second zero cross timing, and when the sampling timing is the second zero cross timing, 4th centering value in the said sampling timing is produced | generated based on the measured value of 4 bioelectrical impedance, On the other hand, when the said sampling timing is not 2nd zero cross timing, the 4th centering produced | generated at the sampling timing immediately before the said sampling timing The value is adopted as the fourth centering value at the sampling timing. As a result, even if the subject's breathing is abdominal breathing, the amplitude reference level (fourth centering value) for extracting information resulting from breathing from the waveform indicating the temporal change of the fourth bioelectrical impedance is accurately determined. Can be sought. Then, for each breath of the subject, the breathing level calculation unit calculates the sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the third relative value in the breathing as the second right lung breathing level, For example, the sum of the absolute values of the maximum value and the minimum value of the fourth relative value in one breath is calculated as the second left lung respiratory level.
また、本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)は、第1の右肺呼吸レベルおよび第1の左肺呼吸レベルを測定せずに、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルと、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを測定することもできる。この態様では、生体電気インピーダンス測定部は、被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスとを測定し、呼吸レベル算出部は、第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルを求める一方、第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを求めるという具合である。なお、この場合も、四肢誘導八電極法を利用して両掌と両足裏の部分に電流電極や電圧電極を配置することで、体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスを測定することができるので、電流電極や電圧電極を被験者の体幹部に貼り付ける必要がない。 In addition, the respiratory level measurement apparatus (1) according to the present invention does not measure the first right lung respiratory level and the first left lung respiratory level, and the second right indicating the ventilation ability of the middle lower part of the right lung. It is also possible to measure the pulmonary respiratory level and a second left pulmonary respiratory level indicative of the ventilation capability of the middle lower part of the left lung. In this aspect, the bioelectrical impedance measuring unit includes the third bioelectrical impedance on the right side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's right lung and the left side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's left lung. The fourth bioelectric impedance is measured, and the respiration level calculation unit obtains the second right lung respiration level indicating the ventilation capability of the middle lower part of the right lung based on the measurement value of the third bioelectric impedance, 4 Based on the measured value of the bioelectrical impedance, the second left lung respiration level indicating the ventilation ability of the middle lower part of the left lung is obtained. In this case as well, the third bioelectric impedance on the right side of the trunk and the left side of the middle part of the trunk can be obtained by arranging the current electrodes and voltage electrodes on both palms and the soles using the limb induction eight electrode method. Since the fourth bioelectrical impedance can be measured, there is no need to attach a current electrode or a voltage electrode to the trunk of the subject.
また、本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)の態様として、生体電気インピーダンス測定部(170、200)は、被験者の右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンス(ZaR)と、被験者の左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンス(ZaL)と、被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンス(ZbR)と、被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンス(ZbL)とを測定し、呼吸レベル算出部(170)は、第1生体電気インピーダンスの測定値および第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、第2生体電気インピーダンスの測定値および第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求めてもよい。
つまり、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルとして、上述した第1の右肺呼吸レベルと第2の右肺呼吸レベルの両方を求める一方、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルとして、上述した第1の左肺呼吸レベルと第2の左肺呼吸レベルの両方を求めてもよい。
Moreover, as an aspect of the respiratory level measurement apparatus (1) according to the present invention, the bioelectrical impedance measurement unit (170, 200) includes the upper part of the right lung of the subject and the first bioelectricity on the right side of the upper trunk without including the abdomen. Impedance (ZaR), second bioelectrical impedance (ZaL) on the upper left side of the trunk that includes the upper part of the subject's left lung and does not include the abdomen, and 3 bioelectrical impedance (ZbR) and 4th bioelectrical impedance (ZbL) on the left side of the trunk including the middle lower part and abdomen of the subject's left lung are measured, and the respiration level calculating unit (170) Based on the measurement value of the electrical impedance and the measurement value of the third bioelectrical impedance, the right lung respiration level indicating the ventilation ability of the right lung is obtained, while the measurement value of the second bioelectrical impedance is obtained. Preliminary based on the measured value of the fourth bioelectrical impedance may be obtained left lung respiration level indicating the left lung ventilation capacity.
That is, as the right lung respiratory level indicating the right lung ventilation capacity, both the first right lung respiratory level and the second right lung respiratory level described above are obtained, while the left lung respiratory level indicating the left lung ventilation capacity is obtained. Both the first left lung respiratory level and the second left lung respiratory level described above may be obtained.
この場合、互いに直交する2軸のうち、一方の軸を第1生体電気インピーダンス(ZaR)、他方の軸を第3生体電気インピーダンス(ZbR)とし、第1生体電気インピーダンスの測定値および第3生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示す第1リサージュ図形(図45:右肺用)の表示データを生成するとともに、一方の軸を第2生体電気インピーダンス(ZaL)、他方の軸を第4生体電気インピーダンス(ZbL)とし、第2生体電気インピーダンスの測定値および第4生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示す第2リサージュ図形(図45:左肺用)の表示データを生成する表示データ生成部(170)をさらに備えてもよい。 In this case, of the two axes orthogonal to each other, one axis is the first bioelectrical impedance (ZaR) and the other axis is the third bioelectrical impedance (ZbR). The display data of the first Lissajous figure (FIG. 45: for right lung) showing the change over time of the measured value of the electrical impedance is generated, one axis is the second bioelectric impedance (ZaL), and the other axis is the fourth. Display for generating display data of the second Lissajous figure (FIG. 45: for the left lung) indicating the change over time of the measured value of the second bioelectrical impedance and the measured value of the fourth bioelectrical impedance as the bioelectrical impedance (ZbL) A data generation unit (170) may be further provided.
なお、互いに直交する2軸とは、例えばX軸とY軸である。但し、これに限らず、例えばX軸とY軸をそれぞれ45度傾けた2軸などであってもよい。また、リサージュ図形は、例えば、図37や図38に示すように1呼吸分の様子を示すものであってもよいし、図39や図40に示すように複数回の呼吸の様子を連続して示すものであってもよい。また、呼吸レベル測定装置は、第1リサージュ図形と第2リサージュ図形を表示する表示部を備えていてもよいし、第1リサージュ図形の表示データと第2リサージュ図形の表示データを外部の表示装置に出力する出力部を備えていてもよい。 Note that the two axes orthogonal to each other are, for example, the X axis and the Y axis. However, the present invention is not limited to this. For example, the X axis and the Y axis may be two axes inclined by 45 degrees. In addition, the Lissajous figure may indicate, for example, one breathing state as shown in FIGS. 37 and 38, or a plurality of breathing states continuously as shown in FIGS. 39 and 40. May be shown. The respiration level measuring device may include a display unit that displays the first Lissajous figure and the second Lissajous figure, and the display data of the first Lissajous figure and the display data of the second Lissajous figure are displayed on an external display device. An output unit for outputting to may be provided.
例えば、胸式呼吸の場合、図10に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに減少方向に変化する。したがって、被験者の呼吸のうち胸式呼吸の占める割合が極めて高い場合、例えば図37や図39に示すように、右肺用や左肺用のリサージュ図形(第1リサージュ図形や第2リサージュ図形)の軌跡は、傾斜した直線状になる。また、胸式呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、胸式呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。 For example, in the case of thoracic breathing, as shown in FIG. 10, the bioelectrical impedance Za at the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb at the middle trunk change in an increasing direction during inspiration, and the bioelectricity at the upper trunk in exhalation. Both the impedance Za and the bioelectric impedance Zb in the middle of the trunk change in a decreasing direction. Therefore, when the proportion of chest breathing in the subject's breathing is extremely high, for example, as shown in FIGS. 37 and 39, right and left lung Lissajous figures (first Lissajous figure and second Lissajous figure) The trajectory is an inclined straight line. Also, if the chest breathing is shallow, the locus of the Lissajous figure becomes small, and if the chest breathing is deep, the locus of the Lissajous figure becomes large.
これに対し、腹式呼吸の場合、図9に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaは減少方向に変化する一方、体幹中部の生体電気インピーダンスZbは増加方向に変化する。したがって、被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、例えば図38や図40に示すように、右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡は、屈曲した形状になる。 On the other hand, in the case of abdominal breathing, as shown in FIG. 9, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk change in an increasing direction during inspiration, and the upper trunk of the trunk during exhalation. The bioelectric impedance Za changes in the decreasing direction, while the bioelectric impedance Zb in the middle of the trunk changes in the increasing direction. Therefore, when the subject's breathing includes abdominal breathing, for example, as shown in FIGS. 38 and 40, the locus of the Lissajous figure for the right lung or the left lung has a bent shape.
なお、図38に示すリサージュ図形は、1呼吸に占める胸式呼吸と腹式呼吸の割合が50%ずつになる場合のものである。この場合、リサージュ図形の軌跡はブーメラン状(“く”の字状)になり、軌跡の形状が上下でほぼ対称になる。但し、腹式呼吸の占める割合が胸式呼吸よりも低ければ、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する直線部分(図38では右上がりの直線部分)の占める割合が大きくなり、そこから屈曲した部分(図38では右下がりの直線部分)の占める割合が小さくなる。逆に、腹式呼吸の占める割合が胸式呼吸よりも高ければ、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する直線部分(図38では右上がりの直線部分)の占める割合が小さくなり、そこから屈曲した部分(図38では右下がりの直線部分)の占める割合が大きくなる。このように被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸と腹式呼吸の割合に応じて屈曲形状が様々に変化する。 Note that the Lissajous figure shown in FIG. 38 is a case where the ratio of the chest breathing and the abdominal breathing to one breath is 50%. In this case, the locus of the Lissajous figure has a boomerang shape ("<" shape), and the shape of the locus is almost symmetrical vertically. However, if the proportion of the abdominal breathing is lower than that of the chest breathing, the locus of the Lissajous figure has a larger proportion of the straight line portion corresponding to the trajectory in the case of the chest breathing (the straight line portion rising to the right in FIG. 38). Thus, the proportion of the bent portion (the straight downward portion in FIG. 38) is reduced. On the contrary, if the proportion of the abdominal breathing is higher than that of the chest breathing, the locus of the Lissajous figure is the proportion of the straight line portion corresponding to the trajectory in the case of the chest breathing (the straight line portion rising to the right in FIG. 38). It becomes smaller, and the proportion of the bent portion (the straight downward portion in FIG. 38) increases. In this way, when the subject's breathing includes abdominal breathing, the trajectory of the Lissajous figure varies in bending shape depending on the ratio of chest breathing and abdominal breathing.
また、理論上、腹式呼吸の割合が100%になる場合、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡とは反対方向に傾斜した直線状になる。しかしながら、例えば息を止めて胸式呼吸を全く行わないようにした状態で腹部を凹ませたり膨らませたりした場合であっても、横隔膜の上下に伴って肺が収縮したり拡張したりするため、疾患などで横隔膜が全く機能しない場合を除き、被験者が呼吸を行う場合には胸式呼吸が必ず含まれることになる。したがって、実際には、腹式呼吸の占める割合がどんなに高い場合であっても、リサージュ図形の軌跡には、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する直線部分が必ず含まれ、屈曲した形状となる。また、図38に示すように、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する直線部分(近似直線LN1)に対し、そこから折れ曲がった部分(近似直線LN2)がどれだけ屈曲しているのかを示す屈曲角度AGは、腹式呼吸が浅ければ小さくなり、腹式呼吸が深ければ大きくなる。また、腹式呼吸の場合も、呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。 Theoretically, when the rate of abdominal breathing is 100%, the locus of the Lissajous figure is a straight line inclined in the opposite direction to the locus of chest breathing. However, for example, even when the abdomen is recessed or inflated with the breath stopped and no chest breathing performed, the lungs contract and expand with the diaphragm above and below, Except when the diaphragm does not function at all due to disease or the like, chest breathing is always included when the subject breathes. Therefore, in fact, no matter how high the abdominal breathing rate is, the Lissajous figure trajectory always includes a straight line portion corresponding to the trajectory in the case of chest breathing, resulting in a bent shape. . Further, as shown in FIG. 38, a bending indicating how much a bent portion (approximate straight line LN2) is bent with respect to a straight line portion (approximate straight line LN1) corresponding to the locus in the case of chest breathing. The angle AG decreases when the abdominal breathing is shallow, and increases when the abdominal breathing is deep. Also, in the case of abdominal breathing, the trajectory of the Lissajous figure becomes smaller when breathing is shallow, and the trajectory of the Lissajous figure becomes larger when breathing is deep.
このように胸式呼吸の場合と腹式呼吸の場合ではリサージュ図形の軌跡の形状が異なる。また、胸式呼吸や腹式呼吸の大きさ(深さ)によってリサージュ図形の軌跡の大きさや形状が変化する。したがって、被験者はリサージュ図形を見ることで、現在の自分の呼吸が胸式呼吸なのか腹式呼吸なのか、あるいは現在の自分の呼吸が胸式呼吸と腹式呼吸のうちどちらの占める割合が高いのかを把握することができる。また、胸式呼吸や腹式呼吸の大きさについてもリサージュ図形から把握することができる。 Thus, the shape of the locus of the Lissajous figure is different between the chest breathing and the abdominal breathing. Further, the size and shape of the locus of the Lissajous figure changes depending on the magnitude (depth) of chest-type breathing and abdominal-type breathing. Therefore, the subject can look at the Lissajous figure to determine whether their current breathing is chest or abdominal breathing, or whether their current breathing is more of the chest or abdominal breathing. Can be grasped. In addition, the magnitude of chest breathing and abdominal breathing can be grasped from the Lissajous figure.
また、被験者は、胸式呼吸の訓練を行う場合、リサージュ図形の軌跡が傾斜した直線状になり、そのサイズが大きくなるように意識して呼吸を行えばよい。また、腹式呼吸の訓練を行う場合には、リサージュ図形の軌跡が屈曲した形状になり、そのサイズや屈曲角度AGが大きくなるように意識して呼吸を行えばよい。このようにリサージュ図形を見ながら呼吸の訓練を行うことができると、胸式呼吸や腹式呼吸が正しくできているか否かやその大きさを随時確認しながら訓練を進めることができる。 In addition, when the subject performs exercises for chest breathing, the subject may respire consciously so that the locus of the Lissajous figure becomes an inclined straight line and the size thereof increases. Further, when abdominal breathing exercises are performed, breathing may be performed with an awareness that the locus of the Lissajous figure is bent and the size and bending angle AG are increased. If breathing training can be performed while looking at the Lissajous figure in this way, the training can be advanced while confirming whether or not chest breathing and abdominal breathing are correctly performed and their sizes as needed.
また、胸式呼吸と腹式呼吸の他に、腹を凹ませた状態を維持しながら呼息と吸息を行う呼吸法(以降、ドローイン呼吸と記載する)がある。ドローイン呼吸の場合、図41に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに減少方向に変化する。この変化は胸式呼吸の場合と同じである。これはドローイン呼吸の場合、腹を凹ませた状態を維持しながら胸式呼吸によって呼息と吸息を行っているためである。但し、ドローイン呼吸の場合は、腹を凹ませるために腹部に力を入れているので、図41に示すように体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅基準レベルが胸式呼吸の場合よりも高くなる。このためドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合のリサージュ図形を比較すると、図42に示すように、両者の軌跡はともに傾斜した直線状になるが、体幹中部の生体電気インピーダンスZbを割り当てた他方の軸方向(図42では体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスZbRを割り当てたX軸方向)に軌跡の位置がずれる。 In addition to chest-type breathing and abdominal-type breathing, there is a breathing method (hereinafter referred to as draw-in breathing) in which exhalation and inspiration are performed while maintaining a state in which the abdomen is recessed. In the case of draw-in breathing, as shown in FIG. 41, the bioelectrical impedance Za at the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb at the middle trunk change in an increasing direction in inspiration, and the bioelectrical impedance Za in the upper trunk in exhalation and Both the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk change in the decreasing direction. This change is the same as for chest breathing. This is because in the case of draw-in breathing, exhalation and inhalation are performed by chest breathing while maintaining a state where the abdomen is recessed. However, in the case of draw-in breathing, since the abdomen is pressed to dent the abdomen, the amplitude reference level of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is higher than that in the case of the chest breathing as shown in FIG. Become. For this reason, when comparing the Lissajous figures in the case of draw-in breathing and chest breathing, as shown in FIG. 42, both trajectories are inclined straight lines, but bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is assigned. The position of the locus is shifted in the other axial direction (in FIG. 42, the X-axis direction to which the third bioelectric impedance ZbR on the right side of the trunk is assigned).
したがって、被験者はリサージュ図形を見ることで、現在の自分の呼吸がドローイン呼吸であるか否かも把握することができる。また、ドローイン呼吸の場合も、呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。したがって、ドローイン呼吸の大きさについてもリサージュ図形から把握することができる。また、ドローイン呼吸の場合も、リサージュ図形を見ながら訓練を行うことで、ドローイン呼吸が正しくできているか否かやその大きさを随時確認しながら訓練を進めることができる。 Therefore, the subject can grasp whether or not his / her respiration is a draw-in respiration by looking at the Lissajous figure. In the case of draw-in breathing, the trajectory of the Lissajous figure becomes smaller if the breathing is shallow, and the trajectory of the Lissajous figure becomes larger if the breathing is deep. Therefore, the magnitude of the draw-in breath can also be grasped from the Lissajous figure. Also, in the case of draw-in breathing, training can be carried out while confirming whether or not the draw-in breathing is correctly performed and the size thereof by performing training while looking at the Lissajous figure.
以上のように右肺用の第1リサージュ図形と左肺用の第2リサージュ図形を表示することができると、被験者は、現在の自分の呼吸の種別やその大きさ、さらには胸式呼吸や腹式呼吸やドローイン呼吸が正しくできているか否かを左右の肺ごとに把握することができる。また、呼吸の種別やその大きさ、あるいは胸式呼吸や腹式呼吸やドローイン呼吸が正しくできているか否かを、生体電気インピーダンスの測定値に基づいて客観的に把握することができる。また、第1リサージュ図形と第2リサージュ図形を見比べることで、左右の肺の換気能力の違いを容易に把握することができる。 When the first Lissajous figure for the right lung and the second Lissajous figure for the left lung can be displayed as described above, the subject can determine the type and size of his / her breathing, Whether or not abdominal breathing or draw-in breathing is correct can be determined for each of the left and right lungs. In addition, it is possible to objectively grasp the type and size of respiration, or whether chest respiration, abdominal respiration, and draw-in respiration are correctly performed based on the measured value of bioelectrical impedance. Further, by comparing the first Lissajous figure and the second Lissajous figure, it is possible to easily grasp the difference in the ventilation capacity between the left and right lungs.
また、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を表示することで、左右の肺ごとに呼吸の訓練を行うことが可能になる。健常者の場合、左右の肺で換気能力に差がでることはほとんどないが、例えば、片肺に疾患がある者は、左右の肺で換気能力が大きく異なる。また、過去に肺疾患を経験した者も、左右の肺で換気能力に差がでることがある。例えば、右肺に比べ左肺の換気能力が低い場合など、左肺の換気能力を高めたい場合は、左腕を右肩の後ろに回し、右手で左肘を後ろに押すようにして左肺に負荷を与え、この状態を維持しながら呼吸を行うことで、左肺の換気能力を集中的に鍛えることができる。 Further, by displaying two Lissajous figures for the right lung and the left lung, it becomes possible to perform breathing training for each of the left and right lungs. In the case of a healthy person, there is almost no difference in ventilation capacity between the left and right lungs. For example, a person with a disease in one lung has a large difference in ventilation capacity between the left and right lungs. Also, those who have experienced lung disease in the past may have differences in ventilation capacity between the left and right lungs. For example, if you want to increase the ventilation capacity of the left lung, such as when the ventilation capacity of the left lung is lower than the right lung, turn the left arm behind the right shoulder and push the left elbow back with the right hand to the left lung. By giving a load and breathing while maintaining this state, the ventilation ability of the left lung can be intensively trained.
また、例えばインダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーでは、被験者の胸部(剣状突起部)と腹部(臍部)の両方にコイルを内蔵した測定バンドを巻き付け、コイルのインダクタンス変化から、呼吸時の胸部の周囲径変化に相当する胸部変化率Rrc(%)と、呼吸時の腹部の周囲径変化に相当する腹部変化率Rabd(%)を測定する。このようなインダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーの中には、例えば、X軸を腹部変化率Rabdとし、Y軸を胸部変化率RrcとするKonno-Mead Diagramに準じたリサージュ図形を表示するものがある。 In addition, for example, in inductance-type respiratory plethysmography, a measurement band with a coil is wrapped around both the subject's thorax (sword-shaped projection) and abdomen (umbilical portion), and the change in the inductance of the coil results in the surroundings of the chest during breathing. The chest change rate Rrc (%) corresponding to the diameter change and the abdominal change rate Rabd (%) corresponding to the change in the peripheral diameter of the abdomen during breathing are measured. Among such inductance-type respiratory plethysmographs, for example, there is one that displays a Lissajous figure according to the Konno-Mead Diagram with the X axis as the abdominal change rate Rabd and the Y axis as the chest change rate Rrc.
しかしながら、インダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーの場合、被験者の胸部と腹部に測定バンドを装着しなければならない。また、被験者が測定を意識したり測定時に緊張したりすると、胸部変化率Rrcや腹部変化率Rabdが大きく変動してしまう。このため睡眠時には比較的信頼性の高い測定結果を得ることができるが、被験者が起きている状態で測定を行うと、信頼性の高い測定結果を得られないケースが多々見受けられる。 However, in the case of inductance-type respiratory plethysmography, measurement bands must be worn on the subject's chest and abdomen. In addition, when the subject is conscious of measurement or is nervous during measurement, the chest change rate Rrc and the abdomen change rate Rabd vary greatly. For this reason, a relatively reliable measurement result can be obtained during sleep, but there are many cases in which a highly reliable measurement result cannot be obtained when measurement is performed while the subject is awake.
これに対し、生体電気インピーダンスによる測定の場合、例えば四肢誘導八電極法を利用すれば両掌と両足裏の部分に電流電極や電圧電極を配置すればよく、被験者の体幹部に電流電極や電圧電極を貼り付ける必要がないので拘束性が少ない。また、生体電気インピーダンスの場合、例えば、体幹上部の生体電気インピーダンスZaであれば、測定値のうちおよそ8割が肺への空気の出し入れによるもので、残り2割が呼吸筋などによるものである。したがって、インダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーの場合に比べ、被験者が測定を意識したり測定時に緊張したりすることによる影響を低減し、より信頼性の高い測定結果を得ることが可能になる。これに加え、肺への空気の出し入れや横隔膜の上下動など、呼吸に直結した情報を高い感度で測定することが可能になる。 On the other hand, in the case of measurement by bioelectrical impedance, for example, if the limb induction eight electrode method is used, current electrodes and voltage electrodes may be disposed on both palms and soles, and current electrodes and voltages are applied to the trunk of the subject. Since there is no need to affix electrodes, there are few restrictions. In the case of bioelectrical impedance, for example, in the case of bioelectrical impedance Za at the upper part of the trunk, about 80% of the measured values are due to the inflow / outflow of air into the lungs and the remaining 20% are due to respiratory muscles or the like is there. Therefore, as compared with the case of inductance-type respiratory plethysmography, it is possible to reduce the influence of the subject being aware of the measurement or being nervous during the measurement, and obtain a more reliable measurement result. In addition to this, it is possible to measure with high sensitivity information directly related to breathing, such as air in and out of the lungs and vertical movement of the diaphragm.
このためリサージュ図形についても、生体電気インピーダンスによるリサージュ図形は、インダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーによるリサージュ図形に比べ、肺への空気の出し入れや横隔膜の上下動など、呼吸に直結した情報を高い感度で反映したものになる。また、上述したようにインダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーによるリサージュ図形は、例えば、X軸を腹部変化率Rabdとし、Y軸を胸部変化率Rrcとするものである。この場合、1呼吸分の軌跡は、胸式呼吸の場合と腹式呼吸の場合でともに右上がりの直線状になる。また、右上がりの直線状の軌跡とX軸とのなす角を軌跡の傾斜角としたとき、胸式呼吸の割合が高いほど軌跡の傾斜角は大きくなって90度に近づき、腹式呼吸の割合が高いほど軌跡の傾斜角は小さくなって0度に近づく。つまり、インダクタンス式呼吸プレチスモグラフィーによるリサージュ図形の場合、胸式呼吸の場合と腹式呼吸の場合では軌跡の傾きが変化するだけで、本発明のように軌跡の形状が異なる訳ではないので、リサージュ図形から呼吸の種別を把握しにくい。
なお、レスピトレースで測定した胸部周囲径Ribと腹部周囲径Abを用いてKonno-Mead Diagramに準じたリサージュ図形を表示する場合についても同様である。
For this reason, the Lissajous figure based on bioelectrical impedance reflects information directly related to breathing, such as air in / out of the lungs and the vertical movement of the diaphragm, with higher sensitivity than the Lissajous figure based on the inductance-type respiratory plethysmography. It will be. Further, as described above, the Lissajous figure obtained by inductance-type respiratory plethysmography has, for example, the X axis as the abdomen change rate Rabd and the Y axis as the chest change rate Rrc. In this case, the trajectory for one breath is a straight line that rises to the right in both cases of chest breathing and abdominal breathing. In addition, when the angle between the linear trajectory rising to the right and the X-axis is taken as the inclination angle of the trajectory, the inclination angle of the trajectory increases as the ratio of chest respiration increases and approaches 90 degrees. The higher the ratio is, the smaller the inclination angle of the trajectory approaches 0 degrees. In other words, in the case of a Lissajous figure based on inductance-type respiratory plethysmography, the shape of the trajectory is not different as in the present invention because the inclination of the trajectory changes only in the case of chest respiration and abdominal respiration. It is difficult to grasp the type of breathing from the figure.
The same applies to the case where a Lissajous figure conforming to the Konno-Mead Diagram is displayed using the chest circumference Rib and abdominal circumference Ab measured by respi tracing.
また、表示データ生成部(170)は、第1リサージュ図形と第2リサージュ図形とが重ねて表示されるように、第1リサージュ図形の表示データおよび第2リサージュ図形の表示データを生成してもよい。
この場合、右肺用の第1リサージュ図形と左肺用の第2リサージュ図形を重ねて表示することが可能になるので、左右の肺の換気能力の違いを容易に把握することができる。
The display data generation unit (170) may generate display data for the first Lissajous figure and display data for the second Lissajous figure so that the first Lissajous figure and the second Lissajous figure are displayed in an overlapping manner. Good.
In this case, since the first Lissajous figure for the right lung and the second Lissajous figure for the left lung can be displayed in an overlapping manner, the difference in ventilation capacity between the left and right lungs can be easily grasped.
また、表示データ生成部(170)は、第1リサージュ図形の軌跡と第2リサージュ図形の軌跡との表示態様が異なるように、第1リサージュ図形の表示データおよび第2リサージュ図形の表示データを生成してもよい。
この場合、例えば、右肺用の第1リサージュ図形と左肺用の第2リサージュ図形を重ねて表示しても、軌跡の表示態様(例えば色や線種など)の違いから右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を容易に見分けることができる。
The display data generation unit (170) generates the display data of the first Lissajous figure and the display data of the second Lissajous figure so that the display modes of the locus of the first Lissajous figure and the locus of the second Lissajous figure are different. May be.
In this case, for example, even if the first Lissajous figure for the right lung and the second Lissajous figure for the left lung are displayed in an overlapping manner, the right lung and the left lung due to the difference in the display mode of the trajectory (for example, color and line type). Two Lissajous figures for the lung can be easily distinguished.
また、第1リサージュ図形の軌跡と第2リサージュ図形の軌跡との差異を検出する軌跡解析部(170)をさらに備え、表示データ生成部(170)は、差異が強調して表示されるように第1リサージュ図形の表示データおよび第2リサージュ図形の表示データを生成してもよい。
このようにしても左右の肺の換気能力の違いを容易に把握することができる。
Further, a trajectory analysis unit (170) for detecting a difference between the trajectory of the first Lissajous figure and the trajectory of the second Lissajous figure is further provided, and the display data generation unit (170) displays the difference in an emphasized manner. Display data for the first Lissajous figure and display data for the second Lissajous figure may be generated.
Even in this way, it is possible to easily grasp the difference in ventilation capacity between the left and right lungs.
また、第1生体電気インピーダンス(ZaR)の測定値の振幅を示す第1振幅値と、第2生体電気インピーダンス(ZaL)の測定値の振幅を示す第2振幅値と、第3生体電気インピーダンス(ZbR)の測定値の振幅を示す第3振幅値と、第4生体電気インピーダンス(ZbL)の測定値の振幅を示す第4振幅値とを特定する振幅値特定部(170)をさらに備え、表示データ生成部(170)は、第1振幅値および第2振幅値を用いて一方の軸のレンジを調整する一方、第3振幅値および第4振幅値を用いて他方の軸のレンジを調整し、第1リサージュ図形の表示データおよび第2リサージュ図形の表示データを生成してもよい。
この場合、2軸のレンジを調整することで、リサージュ図形を表示するリサージュ図形表示領域に対し、右肺用の第1リサージュ図形と左肺用の第2リサージュ図形の2つを丁度よい大きさで表示することが可能になる。また、2つのリサージュ図形をリサージュ図形表示領域の中央に表示することもできる。このためリサージュ図形を見易くすることができる。
In addition, a first amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the first bioelectrical impedance (ZaR), a second amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the second bioelectrical impedance (ZaL), and a third bioelectrical impedance ( An amplitude value specifying unit (170) for specifying a third amplitude value indicating the amplitude of the measured value of ZbR) and a fourth amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the fourth bioelectrical impedance (ZbL); The data generator (170) adjusts the range of one axis using the first amplitude value and the second amplitude value, and adjusts the range of the other axis using the third amplitude value and the fourth amplitude value. The display data of the first Lissajous figure and the display data of the second Lissajous figure may be generated.
In this case, by adjusting the two-axis range, the Lissajous figure display area for displaying the Lissajous figure is exactly the right size for the first Lissajous figure for the right lung and the second Lissajous figure for the left lung. Can be displayed. Two Lissajous figures can also be displayed at the center of the Lissajous figure display area. This makes it easy to see the Lissajous figure.
また、第1生体電気インピーダンス(ZaR)の測定値の振幅を示す第1振幅値と、第2生体電気インピーダンス(ZaL)の測定値の振幅を示す第2振幅値と、第3生体電気インピーダンス(ZbR)の測定値の振幅を示す第3振幅値と、第4生体電気インピーダンス(ZbL)の測定値の振幅を示す第4振幅値とを特定する振幅値特定部(170)をさらに備え、表示データ生成部(170)は、第1リサージュ図形の表示データおよび第2リサージュ図形の表示データを生成する場合に行う処理として、第1振幅値および第2振幅値を用いて一方の軸のレンジを調整する第1レンジ調整処理と、第3振幅値および第4振幅値を用いて他方の軸のレンジを調整する第2レンジ調整処理とを有し、第2レンジ調整処理を行う頻度が第1レンジ調整処理を行う頻度より少なくなるようにしてもよい。 In addition, a first amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the first bioelectrical impedance (ZaR), a second amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the second bioelectrical impedance (ZaL), and a third bioelectrical impedance ( An amplitude value specifying unit (170) for specifying a third amplitude value indicating the amplitude of the measured value of ZbR) and a fourth amplitude value indicating the amplitude of the measured value of the fourth bioelectrical impedance (ZbL); The data generation unit (170) uses the first amplitude value and the second amplitude value as the processing to be performed when generating the display data of the first Lissajous figure and the display data of the second Lissajous figure. A first range adjustment process to be adjusted, and a second range adjustment process to adjust the range of the other axis using the third amplitude value and the fourth amplitude value, and the frequency of performing the second range adjustment process is first. Range adjustment processing It may be less than the frequency of performing.
ドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合のリサージュ図形を比較すると、図42に示すように、両者の軌跡はともに傾斜した直線状になるが、体幹中部の生体電気インピーダンスZbを割り当てた他方の軸方向(図42では体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスZbRを割り当てたX軸方向)に軌跡の位置がずれる。ここで、第1レンジ調整処理や第2レンジ調整処理による表示位置の調整を頻繁に行うと、2つのリサージュ図形が常にリサージュ図形表示領域の中央に表示されてしまうため、リサージュ図形からドローイン呼吸と胸式呼吸を見分けることができなくなってしまう。
上述の態様によれば、例えば、第1レンジ調整処理は1呼吸ごとに行う一方、第2レンジ調整処理は最初の1回だけ行って後は行わないようにするなど、第1レンジ調整処理よりも第2レンジ調整処理を行う頻度を少なくしているので、ドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合ではリサージュ図形の軌跡の位置が他方の軸方向にずれることになる。このためリサージュ図形からドローイン呼吸と胸式呼吸を見分けることができるようになる。また、第2レンジ調整処理を行う頻度を少なくした分だけ呼吸レベル測定装置の消費電力を低減することができる。また、頻度が少ないとはいえ、第2レンジ調整処理も行っているので、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形をリサージュ図形表示領域に対して丁度よい大きさで表示して見易くすることができる。
Comparing the Lissajous figures in the case of draw-in breathing and chest breathing, as shown in FIG. 42, both trajectories are inclined straight lines, but the other part to which the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk is assigned. The position of the locus is shifted in the axial direction (in FIG. 42, the X-axis direction to which the third bioelectric impedance ZbR on the right side of the trunk is assigned). Here, if the display position is frequently adjusted by the first range adjustment process or the second range adjustment process, two Lissajous figures are always displayed in the center of the Lissajous figure display area. You will not be able to tell the chest breath.
According to the above aspect, for example, the first range adjustment process is performed for each breath, while the second range adjustment process is performed only once for the first time and is not performed thereafter. However, since the frequency of performing the second range adjustment process is reduced, the position of the locus of the Lissajous figure is shifted in the other axial direction in the case of the draw-in breathing and the case of the chest breathing. This makes it possible to distinguish between draw-in breathing and chest breathing from the Lissajous figure. Moreover, the power consumption of the respiration level measuring device can be reduced by the amount that the frequency of performing the second range adjustment process is reduced. In addition, although the frequency is low, the second range adjustment processing is also performed, so that two Lissajous figures for the right lung and the left lung are displayed in the right size with respect to the Lissajous figure display area for easy viewing. be able to.
また、本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)の態様として、互いに直交する2軸のうち、一方の軸を第1生体電気インピーダンス(ZaR)、他方の軸を第3生体電気インピーダンス(ZbR)とし、第1生体電気インピーダンスの測定値および第3生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示すリサージュ図形(図45:右肺用)の表示データ、または、一方の軸を第2生体電気インピーダンス(ZaL)、他方の軸を第4生体電気インピーダンス(ZbL)とし、第2生体電気インピーダンスの測定値および第4生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示すリサージュ図形(図45:左肺用)の表示データを生成する表示データ生成部(170)をさらに備えてもよい。
このように右肺用のリサージュ図形と左肺用のリサージュ図形のうち、いずれか一方を表示するようにしてもよい。
Moreover, as an aspect of the respiratory level measurement apparatus (1) according to the present invention, one of two axes orthogonal to each other is a first bioelectrical impedance (ZaR) and the other axis is a third bioelectrical impedance (ZbR). Display data of a Lissajous figure (FIG. 45: for the right lung) showing a change over time of the measured value of the first bioelectrical impedance and the measured value of the third bioelectrical impedance, or one axis as the second bioelectrical impedance (ZaL), the other axis is the fourth bioelectrical impedance (ZbL), and the Lissajous figure showing the time course of the measured value of the second bioelectrical impedance and the measured value of the fourth bioelectrical impedance (FIG. 45: for the left lung ) Display data generation unit (170) may be further included.
As described above, either the Lissajous figure for the right lung or the Lissajous figure for the left lung may be displayed.
この場合、表示データ生成部(170)は、リサージュ図形の軌跡の表示態様が最新の1呼吸とそれ以外の過去の呼吸とで異なるようにリサージュ図形の表示データを生成してもよい。
例えば、図39や図40に示すように複数回の呼吸の様子を連続して示すリサージュ図形の場合、軌跡の表示態様が同じであると、最新の1呼吸分の軌跡が把握しづらい。上述の態様であれば、表示態様(例えば色や線種など)の違いから最新の1呼吸分の軌跡を容易に把握することができる。
In this case, the display data generation unit (170) may generate the display data of the Lissajous figure so that the display mode of the locus of the Lissajous figure is different between the latest one breath and the other past breaths.
For example, as shown in FIGS. 39 and 40, in the case of a Lissajous figure that continuously shows the state of breathing a plurality of times, if the locus display mode is the same, it is difficult to grasp the latest locus for one breath. If it is the above-mentioned aspect, the latest locus | trajectory for one breath can be easily grasped | ascertained from the difference in a display aspect (for example, a color, a line type, etc.).
また、表示データ生成部(170)は、リサージュ図形の軌跡の表示態様が経過時間に応じて変化するようにリサージュ図形の表示データを生成してもよい。
例えば、経過時間が増えるほど軌跡の色が薄くなるようにすれば、新しい軌跡ほど色が濃いので、最新の1呼吸分の軌跡など、新しい軌跡を容易に把握することができる。
The display data generation unit (170) may generate the display data of the Lissajous figure so that the display mode of the locus of the Lissajous figure changes according to the elapsed time.
For example, if the color of the trajectory becomes lighter as the elapsed time increases, the new trajectory becomes darker because the color of the new trajectory becomes darker, so that a new trajectory such as the latest trajectory for one breath can be easily grasped.
また、表示データ生成部(170)は、リサージュ図形の表示データを生成するとともに、目標とする呼吸の種別と当該呼吸の大きさとに応じた呼吸指導用のリサージュ図形の表示データを生成してもよい。
この場合、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形の他に、目標とする呼吸の様子を示す呼吸指導用のリサージュ図形を表示することが可能になる。したがって、被験者は、両方のリサージュ図形を見比べながら呼吸の訓練を行うことができる。この場合、被験者は、自分の呼吸の様子を示すリサージュ図形の軌跡が呼吸指導用のリサージュ図形の軌跡と一致するように意識して呼吸を行うことで、目標とする呼吸を体得することができる。このように呼吸指導用のリサージュ図形を用いることで、被験者の呼吸を効果的に指導することができる。
Further, the display data generation unit (170) generates the display data of the Lissajous figure and generates the display data of the Lissajous figure for breathing guidance according to the target breathing type and the magnitude of the breathing. Good.
In this case, in addition to the Lissajous figure indicating the breathing state of the subject, it is possible to display a Lissajous figure for breathing guidance indicating the target breathing state. Therefore, the subject can perform breathing training while comparing both Lissajous figures. In this case, the subject can acquire the target breath by consciously breathing so that the locus of the Lissajous figure indicating the state of his / her breathing matches the locus of the Lissajous figure for breathing guidance. . Thus, by using the Lissajous figure for breathing guidance, the subject's breathing can be effectively taught.
なお、表示データ生成部(170)は、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形と呼吸指導用のリサージュ図形とが重ねて表示されるように両者の表示データを生成してもよい。このようにすれば目標とする呼吸との差異を容易に把握することができる。また、表示データ生成部(170)は、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形の軌跡と、呼吸指導用のリサージュ図形の軌跡との表示態様が異なるように、両者の表示データを生成してもよい。このようにすれば、例えば、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形と呼吸指導用のリサージュ図形を重ねて表示しても、軌跡の表示態様(例えば色や線種など)の違いから両者を容易に見分けることができる。 Note that the display data generation unit (170) may generate display data of both so that a Lissajous figure indicating the breathing state of the subject and a Lissajous figure for breathing guidance are displayed in an overlapping manner. In this way, the difference from the target breath can be easily grasped. Further, the display data generation unit (170) may generate both display data so that the display form of the Lissajous figure showing the breathing state of the subject and the Lissajous figure for breathing guidance are different in display mode. Good. In this way, for example, even if the Lissajous figure indicating the breathing state of the subject and the Lissajous figure for breathing guidance are displayed in an overlapping manner, both of them can be easily displayed due to the difference in the display mode of the trajectory (for example, color and line type). Can be distinguished.
また、リサージュ図形の軌跡の傾斜角を算出する傾斜角算出部(170)と、傾斜角算出部が算出した傾斜角を予め定められた基準傾斜角と比較して、肺の換気能力の良否を判定する換気能力判定部(170)と、をさらに備えてもよい。
この場合、肺の換気能力の良否をリサージュ図形の軌跡から簡単に判定することができる。なお、立位、座位、仰臥位など、測定時の姿勢によってリサージュ図形の軌跡の傾斜角は異なるので、基準傾斜角も測定時の姿勢に応じて異なる。
In addition, the inclination angle calculation unit (170) that calculates the inclination angle of the locus of the Lissajous figure and the inclination angle calculated by the inclination angle calculation unit are compared with a predetermined reference inclination angle to determine whether the lung ventilation ability is good or bad. And a ventilation capacity determination unit (170) for determination.
In this case, the quality of the lung ventilation ability can be easily determined from the locus of the Lissajous figure. Note that the inclination angle of the locus of the Lissajous figure varies depending on the posture at the time of measurement, such as standing, sitting, and the supine position, so the reference inclination angle also differs depending on the posture at the time of measurement.
また、本発明に係る呼吸レベル測定装置(1)の態様として、呼吸の能力に応じて定められた階級ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューと、当該階級をクリアするためのクリア条件とを記憶する記憶部(120)と、生体電気インピーダンス測定部の測定結果または呼吸レベル算出部の算出結果に基づいて、被験者の呼吸の能力を検出する呼吸能力検出部(170)と、記憶部を参照し、呼吸能力検出部が検出した呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する訓練メニューに基づいて被験者の呼吸を訓練するための処理を行い、特定した階級に対応するクリア条件が成立すると、被験者の階級を当該階級より上位の次の階級に移行させる訓練管理部(170)と、をさらに備えてもよい。
この場合、被験者は、自分の呼吸の能力に見合った訓練メニューに基づいて呼吸の訓練を行うことができる。また、訓練メニューを階級ごとに分けて用意し、1階級ごとにクリアしながら次の階級に進むといったゲーム性を持たすことで、楽しみながら呼吸の訓練を行うことができるので、呼吸の訓練に対する被験者のモチベーションを高めることもできる。
In addition, as an aspect of the respiratory level measurement device (1) according to the present invention, for each class determined according to the breathing ability, a training menu for training breathing, and a clear condition for clearing the class A respiration capability detection unit (170) for detecting the respiration ability of the subject based on the measurement result of the bioelectrical impedance measurement unit or the calculation result of the respiration level calculation unit, and the storage unit Refer to and identify the class according to the breathing ability detected by the breathing ability detection unit, perform a process for training the subject's breathing based on the training menu corresponding to the identified class, and correspond to the identified class When the clear condition is satisfied, a training management unit (170) that shifts the class of the subject to the next class higher than the class may be further provided.
In this case, the subject can perform breathing training based on a training menu corresponding to his / her breathing ability. In addition, the training menu is prepared for each class, and by having the game characteristics of proceeding to the next class while clearing each class, it is possible to perform breathing training while having fun, so subjects for breathing training You can also increase your motivation.
また、上述した課題を解決するため、本発明に係る呼吸レベル測定装置(300)は、生体電気インピーダンス測定装置(200’)が測定した、被験者の右肺を含む部位の生体電気インピーダンスと、被験者の左肺を含む部位の生体電気インピーダンスとを入力する入力部(320)と、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部(360)と、を備えることを特徴とする。
以上の構成を有する呼吸レベル測定装置においても、被験者の右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定することができる。なお、呼吸レベル測定装置は、例えば、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、携帯型電子機器(例えば携帯電話機など)であってもよい。
In order to solve the above-described problem, the respiratory level measuring device (300) according to the present invention includes a bioelectrical impedance measured by the bioelectrical impedance measuring device (200 ′) and a portion including the right lung of the subject, and the subject. The right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the right lung is obtained based on the input unit (320) for inputting the bioelectric impedance of the part including the left lung and the measurement value of the bioelectric impedance of the part including the right lung. On the other hand, a respiration level calculation unit (360) for obtaining a left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung based on a measurement value of bioelectrical impedance of a part including the left lung is provided.
Also in the respiratory level measuring apparatus having the above configuration, the ventilation ability of each of the subject's right lung and left lung can be accurately and easily measured. The respiratory level measurement device may be, for example, a game machine, a personal computer, or a portable electronic device (for example, a mobile phone).
また、上述した課題を解決するため、本発明に係る呼吸レベル測定システム(5)は、被験者の右肺を含む部位と、左肺を含む部位とについて生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部(200’、360)と、右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部(300、360)と、を備えることを特徴とする。
以上の構成を有する呼吸レベル測定システムにおいても、被験者の右肺および左肺の各々の換気能力を正確かつ容易に測定することができる。なお、呼吸レベル測定システムは、例えば、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、携帯型電子機器などを用いて構成されていてもよい。
In order to solve the above-described problem, a respiration level measurement system (5) according to the present invention includes a bioelectrical impedance measuring unit that measures bioelectrical impedances of a part including the right lung and a part including the left lung of a subject. (200 ′, 360) and the measurement value of the bioelectrical impedance of the region including the right lung, while obtaining the right lung respiration level indicating the ventilation ability of the right lung, while measuring the bioelectrical impedance of the region including the left lung A respiration level calculation unit (300, 360) for obtaining a left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung based on the value.
Even in the respiratory level measurement system having the above configuration, the ventilation ability of each of the right lung and left lung of the subject can be accurately and easily measured. Note that the respiration level measurement system may be configured using, for example, a game machine, a personal computer, a portable electronic device, or the like.
<A:第1実施形態>
<A−1:生体測定装置の構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る生体測定装置1の構成を示すブロック図である。この生体測定装置1は、生体の状態を測定するものであるが、その機能の一部は、被験者の右肺の換気能力、および、左肺の換気能力を測定する装置としての役割を担う。
<A: First Embodiment>
<A-1: Configuration of biometric apparatus>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
生体測定装置1は、体重を測定するとともに装置全体の動作を管理する管理部100と、被験者の各部位の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部200とを備える。管理部100は、体重計110、第1記憶部120、第2記憶部130、音声処理部140、スピーカ145、入力部150、並びに表示部160を備える。これらの構成要素は、バスを介してCPU(Central Processing Unit)170と接続されている。CPU170は、装置全体を制御する制御中枢として機能する。なお、CPU170は図示せぬクロック信号発生回路からクロック信号の供給を受けて動作する。また、各構成要素には図示せぬ電源スイッチがオン状態になると、電源回路から電源が供給される。
The
体重計110は、被験者の体重を測定し、その測定した体重データを、バスを介してCPU170に出力する。第1記憶部120は、不揮発性のメモリであって、例えばROM(Read Only Memory)で構成される。第1記憶部120には、装置全体を制御する制御プログラムが記憶されている。CPU170は、制御プログラムにしたがって所定の演算を実行する。
The
第2記憶部130は、揮発性のメモリであり、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等によって構成される。第2記憶部130はCPU170の作業領域として機能し、CPU170が所定の演算を実行する際にデータを記憶する。また、音声処理部140は、CPU170の制御の下、音声データをDA変換して得た音声信号を増幅してスピーカ145に出力する。スピーカ145は増幅した音声信号を振動に変換して放音する。これによって、呼吸方法の指導などのアドバイス情報を音によって被験者に報知することができる。
The
入力部150は、各種のスイッチから構成され、被験者がスイッチを操作すると、身長、年齢、及び性別といった情報が入力される。表示部160は、体重や呼吸の種別といった測定結果や、腹式呼吸に導くための呼気と吸気のリズムやパターンなどのアドバイス情報を知らせる機能、あるいは被験者に各種の情報の入力を促すメッセージを表示する機能を有する。表示部160は、例えば、液晶表示装置などで構成される。
The
次に、生体電気インピーダンス測定部200は、被験者(人体)の生体電気インピーダンスを測定する。生体電気インピーダンス測定部200は、交流電流出力回路210、基準電流検出回路220、電位差検出回路230、A/D変換器240、電極切換回路251及び252を備える。
交流電流出力回路210は基準電流Irefを生成する手段である。交流電流出力回路210は、基準電流Irefの実効値が予め定められた値となるように、当該基準電流Irefを生成する。基準電流検出回路220は、被測定対象に流れる基準電流Irefの大きさを検出して電流データDiとしてCPU170に出力するとともに、被験者に基準電流Irefを通電する。この場合、電極切換回路252は、電流電極X1〜X4の中から2つを選択して電流を供給する。
さらに、電位差検出回路230は、電圧電極Y1〜Y4の中から選択された2つの電圧電極の間の電位差を検出して電位差信号ΔVを生成する。A/D変換器240は電位差信号ΔVをアナログ信号からデジタル信号に変換し電圧データDvとしてCPU170に出力する。CPU170は電圧データDvと電流データDiとに基づいて生体電気インピーダンスZ(=Dv/Di)を計算する。
Next, the bioelectrical
The alternating
Further, the potential
第1記憶部120は、各種データを予め記憶することができる。たとえば、各部位の生体電気インピーダンスを変数として体脂脂肪率や筋肉量を算出するための相関式又は相関テーブルが記憶されている。
CPU170は、体重、被験者の各種の部位の生体電気インピーダンス(例えば、上肢生体電気インピーダンス、下肢生体電気インピーダンス、体幹生体電気インピーダンス)、を演算し、かつ、各種の入出力、測定、演算等について制御する。なお、生体電気インピーダンスなどに基づいて、内臓脂肪/皮下脂肪、内臓脂肪量、皮下脂肪率、皮下脂肪量、全身の脂肪率、身体の各部位の脂肪率(上肢脂肪率、下肢脂肪率、体幹脂肪率など)を演算することもできる。
The
The
図2に、生体測定装置1の外観例を示す。生体測定装置1は、L字型の形状をしており、台座部20の上に柱状の筐体部30を備える。台座部20には、左足用の電流電極X1及び電圧電極Y1と、右足用の電流電極X2及び電圧電極Y2が設けられている。また、筐体部30の上部には、表示部160が設けられている。この表示部160は、タッチパネルで構成されており、入力部150としても機能する。さらに、筐体部30の左右の側面には、左手用の電極部30Lと右手用の電極部30Rが設けられている。
In FIG. 2, the example of an external appearance of the
図3は筐体部30の上部を拡大した拡大図である。この図に示すように、左手用の電極部30Lは電流電極X3及び電圧電極Y3を備え、右手用の電極部30Rは電流電極X4及び電圧電極Y4を備える。被験者は、台座30の上に立ち、左右の手を下げた状態で電極部30L及び電極部30Rを握ることによって、測定を行う。
FIG. 3 is an enlarged view in which the upper part of the
電極切換回路251及び252は、CPU170の制御の下、両手及び両足に装着される8個の電極を選択する。この8個の電極を適宜選択することによって、人体の所定の部位における生体電気インピーダンスZを計測することが可能となる。例えば、図4(A)に示すように基準電流Irefを左足用の電流電極X1と左手用の電流電極X3との間に供給し、左足用の電圧電極Y1と左手用の電圧電極Y3との間で電位差を計測すれば、全身の生体電気インピーダンスを計測することができる。なお、基準電流Irefを電流電極X2及びX4の間に流し、電圧電極Y2及びY4の間の電位差を計測しても全身の生体電気インピーダンスを計測することができる。さらに、図4(K)に示すように両掌を短絡させ、両足を短絡させ、両掌から両足までの生体電気インピーダンスを全身の生体電気インピーダンスとして測定してもよい。
The
また、図4(B)に示すように基準電流Irefを右足用の電流電極X2と右手用の電流電極X4との間に供給し、右足用の電圧電極Y2と左足用の電圧電極Y1との間で電位差を計測すれば、右下肢の生体電気インピーダンスZを計測することができる。また、図4(C)に示すように基準電流Irefを左足用の電流電極X1と左手用の電流電極X3との間に供給し、左足用の電圧電極Y1と右足用の電圧電極Y2との間で電位差を計測すれば、左下肢の生体電気インピーダンスZを計測することができる。 Further, as shown in FIG. 4B, the reference current Iref is supplied between the right foot current electrode X2 and the right hand current electrode X4, and the right foot voltage electrode Y2 and the left foot voltage electrode Y1 are connected. If the potential difference is measured between them, the bioelectrical impedance Z of the right lower limb can be measured. Further, as shown in FIG. 4C, the reference current Iref is supplied between the left foot current electrode X1 and the left hand current electrode X3, and the left foot voltage electrode Y1 and the right foot voltage electrode Y2 are connected. If the potential difference is measured between them, the bioelectrical impedance Z of the left lower limb can be measured.
また、図4(D)に示すように基準電流Irefを右手用の電流電極X4と右足用の電流電極X2との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と左手用の電圧電極Y3との間の電位差を計測すれば、右上肢(体幹上部)の生体電気インピーダンスZを計測することができる。ただし、これに限らず、基準電流Irefを左手用の電流電極X3と右手用の電流電極X4との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と右足用の電圧電極Y2との間の電位差を計測することでも、右上肢(体幹上部)の生体電気インピーダンスZを計測することができる。 Further, as shown in FIG. 4D, the reference current Iref is supplied between the right-hand current electrode X4 and the right-foot current electrode X2, and the right-hand voltage electrode Y4 and the left-hand voltage electrode Y3 are connected. By measuring the potential difference between them, the bioelectrical impedance Z of the upper right limb (upper trunk) can be measured. However, the present invention is not limited thereto, and the reference current Iref is supplied between the left-hand current electrode X3 and the right-hand current electrode X4, and the potential difference between the right-hand voltage electrode Y4 and the right-foot voltage electrode Y2 is determined. The bioelectric impedance Z of the upper right limb (upper trunk) can also be measured by measuring.
また、図4(E)に示すように基準電流Irefを左手用の電流電極X3と左足用の電流電極X1との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と左手用の電圧電極Y3との間で電位差を計測すれば、左上肢(体幹上部)の生体電気インピーダンスZを計測することができる。ただし、これに限らず、基準電流Irefを左手用の電流電極X3と右手用の電流電極X4との間に供給し、左手用の電圧電極Y3と左足用の電圧電極Y1との間の電位差を計測することでも、左上肢(体幹上部)の生体電気インピーダンスZを計測することができる。 Further, as shown in FIG. 4E, the reference current Iref is supplied between the left-hand current electrode X3 and the left-foot current electrode X1, and the right-hand voltage electrode Y4 and the left-hand voltage electrode Y3 are connected. If the potential difference is measured between them, the bioelectrical impedance Z of the left upper limb (upper trunk) can be measured. However, the reference current Iref is supplied between the left-hand current electrode X3 and the right-hand current electrode X4, and the potential difference between the left-hand voltage electrode Y3 and the left-foot voltage electrode Y1 is not limited thereto. The bioelectrical impedance Z of the left upper limb (upper trunk) can also be measured by measuring.
また、図4(F)に示すように基準電流Irefを右手用の電流電極X4と左手用の電流電極X3との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と左手用の電圧電極Y3との間で電位差を計測すれば、両掌間の生体電気インピーダンスZを計測することができる。ここで、体幹を体幹上部と体幹中部に分けた場合、左上肢、右上肢、及び掌間の生体電気インピーダンスは、いずれも体幹上部が含まれる。このため、左上肢、右上肢、及び掌間の生体電気インピーダンスを体幹上部の生体電気インピーダンスとして取り扱うことも可能である。 Further, as shown in FIG. 4F, the reference current Iref is supplied between the right-hand current electrode X4 and the left-hand current electrode X3, and the right-hand voltage electrode Y4 and the left-hand voltage electrode Y3 are connected. If the potential difference is measured between the two, the bioelectric impedance Z between both palms can be measured. Here, when the trunk is divided into the upper trunk and the middle trunk, the bioelectrical impedance between the left upper limb, the upper right limb, and the palm includes the upper trunk. For this reason, it is also possible to handle the bioelectric impedance between the left upper limb, the upper right limb, and the palm as the bioelectric impedance of the upper trunk.
さらに、図4(G)に示すように基準電流Irefを左手用の電流電極X3と左足用の電流電極X1との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と右足用の電圧電極Y2との間で電位差を計測すれば、体幹中部の生体電気インピーダンスを計測することができる。また、図4(H)に示すように基準電流Irefを右手用の電流電極X4と右足用の電流電極X2との間に供給し、左手用の電圧電極Y3と左足用の電圧電極Y1との間で電位差を計測すれば、体幹中部の生体電気インピーダンスを計測することができる。また、図4(I)に示すように基準電流Irefを右手用の電流電極X4と左足用の電流電極X1との間に供給し、左手用の電圧電極Y3と右足用の電圧電極Y2との間で電位差を計測すれば、体幹中部を斜めに横切る生体電気インピーダンスを計測することができる。図4(J)に示すように基準電流Irefを右足用の電流電極X2と左手用の電流電極X3との間に供給し、右手用の電圧電極Y4と左足用の電圧電極Y1との間で電位差を計測すれば、体幹中部を斜めに横切る生体電気インピーダンスを計測することができる。 Further, as shown in FIG. 4G, the reference current Iref is supplied between the left hand current electrode X3 and the left foot current electrode X1, and the right hand voltage electrode Y4 and the right foot voltage electrode Y2 are connected. If the potential difference is measured between the two, the bioelectrical impedance in the middle of the trunk can be measured. Further, as shown in FIG. 4H, the reference current Iref is supplied between the right-hand current electrode X4 and the right-foot current electrode X2, and the left-hand voltage electrode Y3 and the left-foot voltage electrode Y1 are connected. If the potential difference is measured between the two, the bioelectrical impedance in the middle of the trunk can be measured. Further, as shown in FIG. 4 (I), the reference current Iref is supplied between the current electrode X4 for the right hand and the current electrode X1 for the left foot, and the voltage electrode Y3 for the left hand and the voltage electrode Y2 for the right foot By measuring the potential difference between the two, it is possible to measure the bioelectrical impedance that crosses the middle part of the trunk diagonally. As shown in FIG. 4J, the reference current Iref is supplied between the current electrode X2 for the right foot and the current electrode X3 for the left hand, and between the voltage electrode Y4 for the right hand and the voltage electrode Y1 for the left foot. By measuring the potential difference, bioelectrical impedance that crosses the middle of the trunk diagonally can be measured.
なお、体幹部の生体電気インピーダンスZxの測定方法は、上述した方法に限定されるものではなく、両手両足の電極のうち、基準電流Irefを供給する電極と電位差を検出する電極とを適宜選択することによって、手、足、あるいは全身といった人体の各部位の生体電気インピーダンスZを各々測定し、測定結果を加減算して体幹中部の生体電気インピーダンスZを算出すればよい。さらに、四肢以外に頭部の耳たぶなどを四肢のいずれかの代用として使用しても、体幹部の生体電気インピーダンスZxの測定は可能である。くわえて、体幹に接触電極を設ける場合には言うに及ばない。 The method for measuring the bioelectrical impedance Zx of the trunk is not limited to the above-described method, and an electrode for supplying a reference current Iref and an electrode for detecting a potential difference are appropriately selected from the electrodes of both hands and feet. Thus, the bioelectrical impedance Z of each part of the human body such as the hand, foot, or whole body is measured, and the bioelectrical impedance Z of the middle trunk is calculated by adding and subtracting the measurement results. Further, the bioelectrical impedance Zx of the trunk can be measured even if the earlobe of the head is used as a substitute for any of the limbs in addition to the limbs. In addition, it goes without saying that a contact electrode is provided on the trunk.
<A−2:生体測定装置の動作>
図5は、生体測定装置1の動作を示すフローチャートである。まず、入力部150における電源スイッチ(図示省略)がオンされると、図示せぬ電力供給部から電気系統各部に電力を供給し、表示部160により身長を含む身体特定情報(身長、性別、年齢など)を入力するための画面を表示する(ステップS1)。
続いて、入力部150から身長、性別、年齢等が入力されると、体重計110により体重が測定され、CPU170は体重を取得する(ステップS2)。
<A-2: Operation of biometric apparatus>
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
Subsequently, when height, sex, age, and the like are input from the
ステップS2の後、CPU170は、呼吸レベル検出処理を実行する(ステップS3)。この処理では、CPU170は、被験者の右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルと、被験者の左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルとを求める。この詳細な内容については後述する。ステップS3の後、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における右肺呼吸レベルおよび左肺呼吸能力を表示する呼吸レベル表示処理を実行する(ステップS4)。
After step S2,
<A−3:呼吸レベル検出の原理>
次に、呼吸レベル検出の原理について説明する。図6は、体幹部の組織の概略を示す模式図である。図6に示すように、体幹部の組織は、横隔膜によって上下に分けられている。上部には、肺と、内外肋間筋などの胸部骨格筋とが形成されている。一方、下部には、内臓組織と、内外腹斜筋・腹横筋や腹直筋などからなる腹部骨格筋とが形成されている。
腹式呼吸及び胸式呼吸のいずれにしても、呼気時に横隔膜は上昇して肺が圧縮され、吸気時に横隔膜は下降して肺は伸長拡大する。胸式呼吸に無い腹式呼吸の特徴は、腹直筋や内外腹斜筋・腹横筋などの腹部呼吸筋の伸縮により内臓組織と供に横隔膜を上下させる点にある。
<A-3: Principle of respiratory level detection>
Next, the principle of respiratory level detection will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of the tissue of the trunk. As shown in FIG. 6, the trunk tissue is divided into upper and lower portions by a diaphragm. In the upper part, lungs and thoracic skeletal muscles such as internal and external intercostals are formed. On the other hand, a visceral tissue and abdominal skeletal muscles including internal and external oblique / lateral abdominal muscles and rectus abdominis muscles are formed in the lower part.
In both abdominal breathing and chest breathing, the diaphragm rises and the lungs are compressed during expiration, and the diaphragm descends and the lungs expand and expand during inspiration. A feature of abdominal breathing that does not exist in chest breathing is that the diaphragm is moved up and down along with the visceral tissues by expansion and contraction of abdominal respiratory muscles such as the rectus abdominis, internal and external oblique and transverse abdominal muscles.
ここで、体幹上部の生体電気インピーダンスZaと体幹中部の生体電気インピーダンスZbとは、図7に示す等価回路で表すことができる。図7に示すように、体幹上部の生体電気インピーダンスZaは、胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1、および、肺の生体電気インピーダンスZ2の並列インピーダンスと、上肢骨格筋の生体電気インピーダンスZ3とが直列に接続されたものとなる。ここで、Z1およびZ2の並列インピーダンスは、肺の上葉部の生体電気インピーダンスに相当する。 Here, the bioelectric impedance Za of the upper trunk and the bioelectric impedance Zb of the middle trunk can be represented by an equivalent circuit shown in FIG. As shown in FIG. 7, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk is composed of the bioelectrical impedance Z1 of the thoracic skeletal muscle, the parallel impedance of the pulmonary bioelectrical impedance Z2, and the bioelectrical impedance Z3 of the upper limb skeletal muscle in series. Will be connected to. Here, the parallel impedance of Z1 and Z2 corresponds to the bioelectrical impedance of the upper lobe of the lung.
また、図7に示すように、体幹中部の生体電気インピーダンスZbは、胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ4、および、肺の生体電気インピーダンスZ5の並列インピーダンスと、腹部骨格筋の生体電気インピーダンスZ6、および、内臓組織の生体電気インピーダンスZ7の並列インピーダンスとが直列に接続されたものとなる。ここで、Z4およびZ5の並列インピーダンスは、肺の中下葉部の生体電気インピーダンスに相当する。また、横隔膜の生体電気インピーダンスは、内臓組織に代表される生体電気インピーダンスZ7に含ませて考えることができる。 Further, as shown in FIG. 7, the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk includes the bioelectrical impedance Z4 of the thoracic skeletal muscle, the parallel impedance of the bioelectrical impedance Z5 of the lung, and the bioelectrical impedance Z6 of the abdominal skeletal muscle, In addition, the parallel impedance of the bioelectric impedance Z7 of the visceral tissue is connected in series. Here, the parallel impedance of Z4 and Z5 corresponds to the bioelectrical impedance of the middle and lower lobe of the lung. Further, the bioelectric impedance of the diaphragm can be considered to be included in the bioelectric impedance Z7 typified by visceral tissue.
次に、図8を参照して、呼吸と生体電気インピーダンスの変化との関係を説明する。呼吸に連動した生体電気インピーダンスZaの変化は、肺に絶縁性の高い空気が出入りすることによる電気的特質(電気導電性、1/体積抵抗率)の変化が主な原因であると考えられる。つまり、呼気(呼息)では肺組織中に含まれる空気量が減るため肺の生体電気インピーダンスZ2は減少方向に変化する(ΔZlu<0)。一方、吸気(吸息)では空気量が増加するため、肺の生体電気インピーダンスZ2は増加方向に変化する(ΔZlu>0)。 Next, with reference to FIG. 8, the relationship between respiration and changes in bioelectrical impedance will be described. It is considered that the change in the bioelectrical impedance Za linked to respiration is mainly caused by a change in electrical characteristics (electric conductivity, 1 / volume resistivity) due to the entry and exit of highly insulating air into and from the lungs. That is, in exhalation (exhalation), the amount of air contained in the lung tissue decreases, so that the bioelectric impedance Z2 of the lung changes in a decreasing direction (ΔZlu <0). On the other hand, in the inspiration (inhalation), the amount of air increases, so that the bioelectric impedance Z2 of the lung changes in the increasing direction (ΔZlu> 0).
胸式で胸郭を広げる呼吸法(胸式呼吸)では、内外肋間筋などの呼吸骨格筋の伸縮変化と肺の伸縮変化が同じ方向に作用するので、肺の生体電気インピーダンスZ2が増加すれば胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1も増加し、肺の生体電気インピーダンスZ2が減少すれば胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1も減少する。一方、腹式呼吸は胸郭の変化がほとんど見られない呼吸法なので、胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1はほとんど変化せず、肺の生体電気インピーダンスZ2が呼吸に伴って大きく変化する。なお、生体電気インピーダンスZaには、上肢骨格筋の生体電気インピーダンスZ3が含まれているが、上肢骨格筋は、呼吸に直接的に寄与する筋肉ではない。本実施形態では、被験者は、図2に示す測定装置の台座部20の上に立ち、左右の腕を下げた状態で30L及び30Rを握り計測を行うので、計測中に上肢骨格筋(Z3)が動くことは殆ど無い。図9および図10に示すように、被験者の呼吸が、胸式呼吸および腹式呼吸の何れの場合であっても、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaは増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaは減少方向に変化するという具合である。
In the breathing method (thoracic breathing) that expands the thorax with the chest type, the expansion and contraction of the respiratory skeletal muscles such as the internal and external intercostal muscles and the expansion and contraction of the lungs act in the same direction, so if the lung bioelectrical impedance Z2 increases, the chest The bioelectrical impedance Z1 of the skeletal muscle also increases, and if the bioelectrical impedance Z2 of the lung decreases, the bioelectrical impedance Z1 of the thoracic skeletal muscle also decreases. On the other hand, since abdominal breathing is a breathing method in which changes in the rib cage are hardly seen, the bioelectrical impedance Z1 of the thoracic skeletal muscle hardly changes, and the bioelectrical impedance Z2 of the lung changes greatly with respiration. The bioelectrical impedance Za includes the bioelectrical impedance Z3 of the upper limb skeletal muscle, but the upper limb skeletal muscle is not a muscle that directly contributes to respiration. In the present embodiment, the subject stands on the
前述したように、体幹上部の生体電気インピーダンスZaには、右上肢の生体電気インピーダンスと左上肢の生体電気インピーダンスとが含まれる。本実施形態では、右上肢の生体電気インピーダンスを第1生体電気インピーダンスZaRと表記し、左上肢の生体電気インピーダンスを第2生体電気インピーダンスZaLと表記する。ここで、右上肢の第1生体電気インピーダンスZaRと左上肢の第2生体電気インピーダンスZaLとは、図11に示す等価回路で表すことができる。 As described above, the bioelectric impedance Za of the upper trunk includes the bioelectric impedance of the upper right limb and the bioelectric impedance of the left upper limb. In the present embodiment, the bioelectric impedance of the upper right limb is expressed as a first bioelectric impedance ZaR, and the bioelectric impedance of the left upper limb is expressed as a second bioelectric impedance ZaL. Here, the first bioelectric impedance ZaR of the upper right limb and the second bioelectric impedance ZaL of the left upper limb can be represented by an equivalent circuit shown in FIG.
図11に示すように、第1生体電気インピーダンスZaRは、右側胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1R、および、右肺の生体電気インピーダンスZ2Rの並列インピーダンスと、右上肢骨格筋の生体電気インピーダンスZ3Rとが直列に接続されたものとなる。Z1RおよびZ2Rの並列インピーダンスは、右肺の上葉部の生体電気インピーダンスに相当する。つまり、第1生体電気インピーダンスZaRは、被験者の右肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部右側の生体電気インピーダンスである。 As shown in FIG. 11, the first bioelectrical impedance ZaR is composed of the bioelectrical impedance Z1R of the right thoracic skeletal muscle, the parallel impedance of the bioelectrical impedance Z2R of the right lung, and the bioelectrical impedance Z3R of the right upper limb skeletal muscle. It will be connected in series. The parallel impedance of Z1R and Z2R corresponds to the bioelectrical impedance of the upper lobe of the right lung. That is, the first bioelectrical impedance ZaR is the bioelectrical impedance of the upper right side of the trunk including the upper part of the subject's right lung and not including the abdomen.
呼吸に伴って右肺に空気が出入りすることで、第1生体電気インピーダンスZaRは変化する。その変化の仕方は、上述の体幹上部の生体電気インピーダンスZaと同様であるが、右肺に出入りする空気量、つまりは右肺の換気量が多いほど、第1生体電気インピーダンスZaRの振幅値も大きくなる。本実施形態では、第1生体電気インピーダンスZaRの振幅値は、右肺の上部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値に基づいて、右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルBR1を求めている。この詳細な内容については後述する。 The first bioelectrical impedance ZaR changes as air enters and exits the right lung with breathing. The change is the same as the bioelectrical impedance Za of the upper trunk, but the amplitude of the first bioelectrical impedance ZaR increases as the amount of air entering and exiting the right lung, that is, the amount of ventilation in the right lung increases. Also grows. In the present embodiment, focusing on the fact that the amplitude value of the first bioelectrical impedance ZaR is a value corresponding to the ventilation capacity of the upper part of the right lung, based on the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR, A first right lung respiratory level BR1 indicating the upper ventilation capacity is determined. Details of this will be described later.
また、図11に示すように、左上肢の第2生体電気インピーダンスZaLは、左側胸部骨格筋の生体電気インピーダンスZ1L、および、左肺の生体電気インピーダンスZ2Lの並列インピーダンスと、左上肢骨格筋の生体電気インピーダンスZ3Lとが直列に接続されたものとなる。Z1LおよびZ2Lの並列インピーダンスは、左肺の上葉部の生体電気インピーダンスに相当する。つまり、第2生体電気インピーダンスZaLは、被験者の左肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部左側の生体電気インピーダンスである。 Further, as shown in FIG. 11, the second bioelectric impedance ZaL of the left upper limb is the parallel impedance of the bioelectric impedance Z1L of the left chest skeletal muscle and the bioelectric impedance Z2L of the left lung, and the living body of the left upper limb skeletal muscle. The electrical impedance Z3L is connected in series. The parallel impedance of Z1L and Z2L corresponds to the bioelectrical impedance of the upper lobe of the left lung. That is, the second bioelectrical impedance ZaL is the bioelectrical impedance of the upper left side of the trunk including the upper part of the subject's left lung and not including the abdomen.
呼吸に伴って左肺に空気が出入りすることで、第2生体電気インピーダンスZaLは変化する。その変化の仕方は、上述の体幹上部の生体電気インピーダンスZaと同様であるが、左肺に出入りする空気量、つまりは左肺の換気量が多いほど、第2生体電気インピーダンスZaLの振幅値も大きくなる。本実施形態では、第2生体電気インピーダンスZaLの振幅値は、左肺の上部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値に基づいて、左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルBL1を求めている。この詳細な内容については後述する。 The second bioelectrical impedance ZaL changes as air enters and leaves the left lung with breathing. The change is similar to the bioelectrical impedance Za of the upper trunk, but the amplitude of the second bioelectrical impedance ZaL increases as the amount of air flowing into and out of the left lung, that is, the amount of ventilation in the left lung increases. Also grows. In the present embodiment, focusing on the fact that the amplitude value of the second bioelectrical impedance ZaL is a value corresponding to the ventilation capacity of the upper part of the left lung, based on the measured value of the second bioelectrical impedance ZaL, A first left lung respiration level BL1 indicating the upper ventilation capacity is determined. Details of this will be described later.
一方、呼吸に伴う体幹中部の生体電気インピーダンスZbの変化は、横隔膜の動きと連動している。上述したように腹式呼吸及び胸式呼吸のいずれの場合も、横隔膜は呼気時上昇し、吸気時下降する。そして、腹式呼吸の特徴は、腹部呼吸筋の伸縮により内臓組織とともに横隔膜を上下させる点にある。より具体的には、腹式呼吸の呼気時のみ、腹筋を緊張させて内臓組織と伴に横隔膜を押し上げ上昇させることで、内臓組織と腹部骨格筋との並列部の生体電気インピーダンスが上昇する(ΔZst>0)。このとき、肺組織の生体電気インピーダンスは減少する(ΔZlu<0)。このため、横隔膜から上部の生体電気インピーダンスの減少を横隔膜から下部の生体電気インピーダンスの増加が打ち消すように作用する。このように、胸式呼吸と腹式呼吸とでは、横隔膜から下部にある腹部骨格筋と内臓組織の動きが異なる。 On the other hand, the change in the bioelectrical impedance Zb in the middle trunk due to respiration is linked with the movement of the diaphragm. As described above, in both cases of abdominal breathing and chest breathing, the diaphragm rises during expiration and falls during inspiration. A feature of abdominal breathing is that the diaphragm is moved up and down together with the visceral tissue by expansion and contraction of the abdominal respiratory muscles. More specifically, only during expiration of abdominal breathing, the bioelectrical impedance of the parallel part of the visceral tissue and the abdominal skeletal muscle increases by tensioning the abdominal muscles and pushing up the diaphragm along with the visceral tissue ( ΔZst> 0). At this time, the bioelectrical impedance of the lung tissue decreases (ΔZlu <0). For this reason, it acts so that the increase in the bioelectric impedance in the upper part from the diaphragm cancels the increase in the bioelectric impedance in the lower part from the diaphragm. Thus, the movements of the abdominal skeletal muscle and the visceral tissue below the diaphragm differ between the chest breathing and the abdominal breathing.
図9に示すように、被験者の呼吸が腹式呼吸の場合、吸気では体幹中部の生体電気インピーダンスZbは増加方向に変化する一方、呼気では、横隔膜から上部の生体電気インピーダンスの減少を横隔膜から下部の生体電気インピーダンスの増加が打ち消すように作用するので、体幹中部の生体電気インピーダンスZbは増加方向に変化する。また、図10に示すように、被験者の呼吸が胸式呼吸の場合は、上述の体幹上部の生体電気インピーダンスZaの変化と同様に、吸気では体幹中部の生体電気インピーダンスZbは増加方向に変化する一方、呼気では体幹中部の生体電気インピーダンスZbは減少方向に変化するという具合である。 As shown in FIG. 9, when the breathing of the subject is abdominal breathing, the bioelectrical impedance Zb in the middle trunk changes in the increasing direction by inhalation, while the decrease of the bioelectrical impedance from the diaphragm to the upper part of the exhalation changes from the diaphragm. Since the increase in the lower bioelectric impedance acts to cancel, the bioelectric impedance Zb in the middle trunk changes in the increasing direction. In addition, as shown in FIG. 10, when the subject's breathing is chest-type breathing, the bioelectrical impedance Zb in the middle trunk is increased in the inspiration, similarly to the change in the bioelectrical impedance Za in the upper trunk. On the other hand, in exhalation, the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk changes in a decreasing direction.
<A−4:呼吸レベル検出処理>
次に、CPU170が実行する呼吸レベル検出処理について説明する。図12は、呼吸レベル検出処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、通常の1呼吸(=1回の吸気+1回の呼気)につき、10回の呼吸レベル検出処理を実行するように設定される。ここでは、通常の1呼吸に要する時間を4秒とみなし、CPU170は、0.4秒ごとに、呼吸レベル検出処理を実行するという具合である。以下では、呼吸レベル検出処理を実行するタイミング(0.4秒ごとのタイミング)をサンプリングタイミングと呼ぶ。なお、これは一例であり、呼吸レベル検出処理を実行するタイミングは任意に設定可能である。
<A-4: Respiration level detection process>
Next, a respiration level detection process executed by the
図12に示すように、まず、CPU170は、サンプリングタイミングに到達したか否かを判定し(ステップS10)、ステップS10の結果が肯定である場合はステップS20に進む。ここでは、第n番目(n≧1)のサンプリングタイミングに到達した場合を想定して、ステップS20以下の各ステップの具体的な内容を説明する。ステップS20以下の各ステップの具体的な説明に先立ち、まずは、各ステップの内容の概略を簡単に説明する。
As shown in FIG. 12, first, the
図12に示すように、ステップS10の後のステップS20において、CPU170は、体幹上部右側(右上肢)の第1生体電気インピーダンスZaRを測定する。ステップS20の後のステップS30において、CPU170は、体幹上部左側(左上肢)の第2生体電気インピーダンスZaLを測定する。ステップS30の後のステップS40において、CPU170は、ステップS20で測定した第1生体電気インピーダンスZaRおよびステップS30で測定した第2生体電気インピーダンスZaLの各々について、スムージング処理を実行する。ステップS40の後のステップS50において、CPU170は、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の振幅基準レベルを示す第1センタリング値ZaR0を生成する。第1センタリング値ZaR0とは、第1生体電気インピーダンスZaRの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。ステップS50の後のステップS60において、CPU170は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値の振幅基準レベルを示す第2センタリング値ZaL0を生成する。第2センタリング値ZaL0とは、第2生体電気インピーダンスZaLの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。ステップS60の後のステップS70において、CPU170は、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の第1センタリング値ZaR0に対する相対値である第1相対値ΔZaRを算出する。ステップS70の後のステップS80において、CPU170は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値の第2センタリング値ZaL0に対する相対値である第2相対値ΔZaLを算出する。ステップS80の後のステップS90において、CPU170は、右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルBR1を抽出する第1の右肺呼吸レベル抽出処理を実行する。また、ステップS90の後のステップS100において、CPU170は、左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルBL1を抽出する第1の左肺呼吸レベル抽出処理を実行するという具合である。以下、各ステップの具体的な内容を順番に説明していく。
As shown in FIG. 12, in step S20 after step S10, the
図12に示すように、ステップS20において、CPU170は、体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスZaRを測定する。例えば、CPU170は、左手用の電流電極X3と右手用の電流電極X4とを選択するように電極切換回路252を制御するとともに、右足用の電圧電極Y2と右手用の電圧電極Y4とを選択するように電極切換回路251を制御する。そして、CPU170は、右手と左手との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、右足用の電圧電極Y2と右手用の電圧電極Y4との間の電位差を示す電圧データDvとから、体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスZaRを測定する。ここでは、第n番目(n≧1)のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの実測値をZaR(n)’と表記する。
As shown in FIG. 12, in step S20, the
ステップS20の後、CPU170は、体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスZaLを測定する。例えば、CPU170は、左手用の電流電極X3と右手用の電流電極X4とを選択するように電極切換回路252を制御するとともに、左足用の電圧電極Y1と左手用の電圧電極Y3とを選択するように電極切換回路251を制御する。そして、CPU170は、右手と左手との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、左足用の電圧電極Y1と左手用の電圧電極Y3との間の電位差を示す電圧データDvとから、体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスZaLを測定する。ここでは、第n番目(n≧1)のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの実測値をZaL(n)’と表記する。
After step S20, the
ステップS30の後、CPU170は、ステップS20で測定した第1生体電気インピーダンスZaR(n)’およびステップS30で測定した第2生体電気インピーダンスZaL(n)’の各々について、スムージング処理を実行する(ステップS40)。まず、第1生体電気インピーダンスZaR(n)’のスムージング処理について具体的に説明する。CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの実測値ZaR(n−2)’と、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの実測値ZaR(n−1)’と、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの実測値ZaR(n)’とを用いた移動平均処理を行う。そして、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの測定値として採用する(スムージング処理)。ここでは、スムージング処理が行われた後の、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの測定値を、ZaR(n)と表記する。
After step S30, the
次に、第2生体電気インピーダンスZaL(n)’のスムージング処理について具体的に説明する。CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの実測値ZaL(n−2)’と、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの実測値ZaL(n−1)’と、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの実測値ZaL(n)’とを用いた移動平均処理を行う。そして、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの測定値として採用する(スムージング処理)。ここでは、スムージング処理が行われた後の、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2生体電気インピーダンスの測定値を、ZaL(n)と表記する。
Next, the smoothing process of the second bioelectrical impedance ZaL (n) ′ will be specifically described. The
ステップS40の後、CPU170は、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の振幅基準レベルを示す第1センタリング値ZaR0を生成する第1センタリング処理を実行する(ステップS50)。ここでは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値をZaR0(n)と表記する。本実施形態では、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、第n番目のサンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値に基づいて、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)を生成する。センタリング期間の時間長は、第n番目のサンプリングタイミングにおける被験者の呼吸の速度に応じて可変に設定される。以下、その具体的な内容について詳細に説明する。
After step S40, the
図13は、第1センタリング処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図13に示すように、まず、CPU170は、10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の振幅基準レベルを示すMA10を抽出するMA10抽出処理を実行する(ステップS51)。より具体的には、CPU170は、第n−9番目〜第n番目の10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値(ZaR(n−9)〜ZaR(n))を用いて移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおけるMA10(n)として抽出する([Za(n−9)+Za(n−8)+・・・+Za(n)]/10→MA10(n))。
FIG. 13 is a flowchart showing specific contents of the first centering process. As shown in FIG. 13, first, the
ステップS51の後、CPU170は、20個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の振幅基準レベルを示すMA20を抽出するMA20抽出処理を実行する(ステップS52)。より具体的には、CPU170は、第n−19番目〜第n番目の20個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値(ZaR(n−19)〜ZaR(n))を用いて移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおけるMA20(n)として抽出する([Za(n−19)+Za(n−18)+・・・+Za(n)]/20→MA20(n))。
After step S51, the
ステップS52の後、CPU170は、10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値のうち最大の値をMAX10として抽出するMAX10抽出処理を実行する(ステップS53)。より具体的には、CPU170は、第n−9番目〜第n番目の10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値のうち最大の値を、第n番目のサンプリングタイミングにおけるMAX10(n)として抽出するという具合である。
After step S52, the
ステップS53の後、CPU170は、10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値のうち最小の値をMIN10として抽出するMIN10抽出処理を実行する(ステップS54)。より具体的には、CPU170は、第n−9番目〜第n番目の10個のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値のうち最小の値を、第n番目のサンプリングタイミングにおけるMIN10(n)として抽出するという具合である。
After step S53, the
ステップS54の後、CPU170は、20個のサンプリングタイミングの各々におけるMAX10とMIN10との平均値(第n番目のサンプリングタイミングにおける平均値をAV10(n)と表記)について移動平均処理を行い、その処理結果を、中央値として算出する中央値算出処理を実行する(ステップS55)。より具体的には、CPU170は、第n−19番目〜第n番目の20個のサンプリングタイミングの各々における平均値(AV10(n−19)〜AV10(n))について移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける中央値CNT20(n)として抽出する([AV10(n−19)+AV10(n−18)+・・・+AV10(n)]/20→CNT20(n))。ここでは、説明を省略するが、中央値CNT20(n)は、体動などに起因するアーチファクト(データ波形の歪み)等による処理に適さない異常波形の抽出に用いられる。
After step S54, the
ステップS55の後、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける被験者の呼吸のタイミングを抽出する呼吸タイミング抽出処理を実行する(ステップS56)。以下では、図14および図15を参照しながら、呼吸タイミング抽出処理の具体的な内容を説明する。図14および図15は、呼吸タイミング抽出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図14に示すように、まずCPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスZaRの微分係数dZaR(n)を抽出する微分係数抽出処理を実行する(ステップS201)。より具体的には、CPU170は、以下の式(3)にしたがって演算処理を実行することで、微分係数dZa(n)を抽出する。
[ZaR(n)−ZaR(n−2)]/1.2=dZaR(n) ・・・(3)
After step S55, the
[ZaR (n) -ZaR (n-2)] / 1.2 = dZaR (n) (3)
次に、CPU170は、ステップS201で抽出した微分係数dZaR(n)の絶対値が0.1より小さいか否かを判定する(ステップS202)。ステップS202の結果が肯定である場合、CPU170は、微分係数dZaR(n)の極性判別フラッグF0(n)を「0」に設定してステップS204に進む。極性判別フラッグF0(n)が「0」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおいて、第1生体電気インピーダンスZaRの値は極大値(ピーク値)または極小値(ボトム値)であることを意味する。
Next, the
一方、ステップS202の結果が否定である場合、CPU170は、微分係数dZaR(n)の値が0より大きいか否かを判定する(ステップS203)。ステップS203の結果が肯定である場合、CPU170は、極性判別フラッグF0(n)を「+1」に設定してステップS204へ進む。極性判別フラッグF0(n)が「+1」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおいて、第1生体電気インピーダンスZaRの変化の方向は正側であることを意味する。ステップS203の結果が否定である場合、CPU170は、極性判別フラッグF0(n)を「-1」に設定してステップS204へ進む。極性判別フラッグF0(n)が「-1」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおいて、第1生体電気インピーダンスZaRの変化の方向は負側であることを意味する。
On the other hand, when the result of step S202 is negative, the
ステップS204において、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける極性判別フラッグF0(n)の絶対値と、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける極性判別フラッグF0(n−1)の絶対値とが等しく、かつ、F0(n−1)の値とF0(n)の値とが等しくないか否かを判定する。ステップS204の結果が肯定である場合、CPU170は、F0(n)を「0」に設定して、次のステップS206(図15参照)へ進む。ステップS204の結果が否定である場合、CPU170は、ステップS204の直前で設定したF0(n)の値を維持したまま、次のステップS206へ進む。
In step S204, the
図15を参照しながら、呼吸タイミング抽出処理の具体的な内容の説明を続ける。CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける極性判別フラッグF0(n)が「0」であるか否かを判定する(ステップS206)。ステップS206の結果が否定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)を「0」に設定して、ステップS209へ進む。ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「0」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電位インピーダンスの測定値Za(n)は、ピーク値またはボトム値ではないことを意味する。
一方、ステップS206の結果が肯定である場合、CPU170は、3個のサンプリングタイミングの各々における極性判別フラッグF0の和が「+1」よりも大きいか否かを判定する(ステップS207)。より具体的には、CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミング〜第n番目のサンプリングタイミングの各々における極性判別フラッグ(F0(n−2)〜F0(n))の和が「+1」よりも大きいか否かを判定する。
The description of the specific content of the breathing timing extraction process will be continued with reference to FIG. The
On the other hand, when the result of step S206 is affirmative, the
ステップS207の結果が肯定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)を「+1」に設定して、ステップS209へ進む。ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「+1」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの測定値ZaR(n)はピーク値(最大値)であることを意味する。
If the result of step S207 is affirmative, the
ステップS207の結果が否定である場合、CPU170は、3個のサンプリングタイミングの各々における極性判別フラッグF0の和が「-1」よりも小さいか否かを判定する(ステップS208)。より具体的には、CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミング〜第n番目のサンプリングタイミングの各々における極性判別フラッグ(F0(n−2)〜F0(n))の和が「-1」よりも小さいか否かを判定する。
If the result of step S207 is negative, the
ステップS208の結果が肯定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)を「-1」に設定して、ステップS209へ進む。ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「-1」であるとは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスの測定値ZaR(n)はボトム値(最小値)であることを意味する。一方、ステップS208の結果が否定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)を「0」に設定して、ステップS209へ進むという具合である。
If the result of step S208 is affirmative, the
ステップS209において、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「+1」であるか否かを判定する。ステップS209の結果が否定である場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおけるサンプリングカウンタ値N(n−1)に1を加算する一方(ステップS210)、ステップS209の結果が肯定である場合、CPU170は、サンプリングカウンタ値Nを初期化する(ステップS211)。ここで、図9および図10からも理解されるように、被験者の呼吸が胸式呼吸および腹式呼吸の何れの場合であっても、呼吸に伴う第1生体電気インピーダンスZaRの変化を示す波形は略正弦波状であるところ、サンプリングカウンタ値Nは、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値がピーク値に到達するたびに初期化(サンプリングカウンタ値=0)され、次のピーク値に到達するまでのサンプリングタイミングの回数が順次にカウントされていくという具合である。以上で、図13のステップS56における呼吸タイミング抽出処理が終了する。
In step S209, the
再び図13に戻って説明を続ける。上述の呼吸タイミング抽出処理が終了すると、CPU170は、被験者の呼吸が速めの呼吸なのか遅めの呼吸なのかを判別する呼吸スピード判別フラッグを設定する(ステップS57)。以下、図16を参照しながら、ステップS57でCPU170が実行する呼吸スピード判別フラッグ設定処理の具体的な内容を説明する。図16は、呼吸スピード判別フラッグ設定処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図16に示すように、まずCPU170は、極性判別フラッグF0(n)が「0」であるか否かを判定する(ステップS301)。ステップS301の結果が否定である場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける呼吸スピード判別フラッグFma(n)は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける呼吸スピード判別フラッグFma(n−1)に等しいとみなして処理を終了する。
Returning to FIG. 13 again, the description will be continued. When the above-described respiration timing extraction process ends, the
ステップS301の結果が肯定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「+1」であるか否かを判定する(ステップS302)。ステップS302の結果が肯定である場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおけるサンプリングカウンタ値N(n−1)が「10」よりも大きいか否かを判定する(ステップS303)。ここで、被験者の呼吸のスピードが遅ければ、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値がピーク値に到達してから、次のピーク値に到達するまでの時間長は長くなり、次のピーク値に到達する直前のサンプリングカウンタ値Nも大きくなる。本実施形態では、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおいて第1生体電気インピーダンスZaRの測定値がピーク値に到達したと判断した場合は、その直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおけるサンプリングカウンタ値が「10」よりも大きいか否かを判定し、当該サンプリングカウンタ値が「10」よりも大きいと判定した場合は、被験者の呼吸は遅めの呼吸であると判断する。具体的には、ステップS303の結果が肯定である場合、CPU170は、呼吸スピード判別フラッグFma(n)を「20」に設定して処理を終了する。呼吸スピード判別フラッグFma(n)が「20」であるとは、被験者の呼吸が遅めの呼吸であることを意味する。また、ステップS303の結果が否定である場合、CPU170は、被験者の呼吸は速めの呼吸であると判断して呼吸スピード判別フラッグFma(n)を「10」に設定して処理を終了する。呼吸スピード判別フラッグFma(n)が「10」であるとは、被験者の呼吸が速めの呼吸であることを意味する。
If the result of step S301 is affirmative, the
一方、ステップS302の結果が否定である場合、CPU170は、ピーク/ボトム判別フラッグF1(n)が「-1」であるか否かを判定する(ステップS304)。ステップS304の結果が否定である場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける呼吸スピード判別フラッグFma(n)は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける呼吸スピード判別フラッグFma(n−1)に等しいとみなして処理を終了する。ステップS304の結果が肯定である場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおけるサンプリングカウンタ値N(n−1)が「5」よりも大きいか否かを判定する(ステップS305)。本実施形態では、CPU170は、ボトム値に到達する直前のサンプリングカウンタ値N(n−1)が「5」よりも大きい場合は、被験者の呼吸は遅めの呼吸であると判断する一方、ボトム値に到達する直前のサンプリングカウンタ値N(n−1)が「5」よりも小さい場合は、被験者の呼吸は速めの呼吸であると判断する。具体的には、CPU170は、ステップS305の結果が肯定である場合は、呼吸スピード判別フラッグFma(n)を「20」に設定して処理を終了する一方、ステップS305の結果が否定である場合は、呼吸スピード判別フラッグFma(n)を「10」に設定して処理を終了するという具合である。以上で、図13のステップS57における呼吸スピード判別フラッグ設定処理が終了する。
On the other hand, when the result of step S302 is negative, the
再び図13に戻って説明を続ける。上述の呼吸スピード判別フラッグ設定処理が終了すると、CPU170は、第1センタリング値ZaR0(n)を抽出する第1センタリング値抽出処理を実行する(ステップS58)。以下、図17を参照しながら、ステップS58でCPU170が実行する第1センタリング値抽出処理の具体的な内容を説明する。図17は、第1センタリング値抽出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図17に示すように、まずCPU170は、呼吸スピード判別フラッグFma(n)が「10」であるか否かを判定する(ステップS401)。言い換えれば、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける被験者の呼吸が速めの呼吸であるか否かを判定するという具合である。
Returning to FIG. 13 again, the description will be continued. When the above-described breathing speed determination flag setting process ends, the
本実施形態では、被験者の呼吸速度に応じて可変に設定されるセンタリング期間内の複数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値に基づいて、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)が生成される。上記ステップS401の結果が肯定である場合、つまりは第n番目のサンプリングタイミングにおける被験者の呼吸が速めの呼吸である場合は、その速めの1呼吸に要する時間長(ここでは約4.0秒)がセンタリング期間として設定される。すなわち、被験者の呼吸が速めの呼吸である場合は、第n−9番目のサンプリングを始点とし、第n番目のサンプリングタイミングを終点とする期間がセンタリング期間として設定され、第n−9番目〜第n番目のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値を用いた移動平均処理の結果に基づいて第1センタリング値ZaR0(n)が生成される。より具体的には、ステップS401の結果が肯定である場合、CPU170は、図13のステップS51で求めたMA10(n)に基づいて、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)を生成する(ステップS402)。さらに詳述すると、CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n−2)と、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n−1)と、MA10(n)とを用いて移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)として採用する([ZaR0(n−2)+ZaR0(n−1)+MA10(n)]/3→ZaR0(n))。
In this embodiment, based on the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR at each of a plurality of sampling timings within a centering period that is variably set according to the breathing rate of the subject, the first at the nth sampling timing. A centering value ZaR0 (n) is generated. If the result of step S401 is affirmative, that is, if the subject's breathing at the n-th sampling timing is a fast breath, the time length required for one fast breath (here, approximately 4.0 seconds) is centered. Set as period. That is, when the subject's breathing is fast breathing, a period from the n-9th sampling as the start point and the nth sampling timing as the end point is set as the centering period, and the n-9th to A first centering value ZaR0 (n) is generated based on the result of the moving average process using the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR at each of the nth sampling timings. More specifically, when the result of step S401 is affirmative, the
一方、上記ステップS401の結果が否定である場合、つまりは第n番目のサンプリングタイミングにおける被験者の呼吸が遅めの呼吸である場合は、その遅めの1呼吸に要する時間長(ここでは約8.0秒)がセンタリング期間として設定される。すなわち、被験者の呼吸が遅めの呼吸である場合は、第n−19番目のサンプリングを始点とし、第n番目のサンプリングタイミングを終点とする期間がセンタリング期間として設定され、第n−19番目〜第n番目のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値を用いた移動平均処理の結果に基づいて第1センタリング値ZaR0(n)が生成される。より具体的には、ステップS401の結果が否定である場合、CPU170は、図13のステップS52で求めたMA20(n)に基づいて、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)を生成する(ステップS403)。さらに詳述すると、CPU170は、ZaR0(n−2)と、ZaR0(n−1)と、MA20(n)とを用いて移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0(n)として採用する([ZaR0(n−2)+ZaR0(n−1)+MA20(n)]/3→ZaR0(n))。以上で、図12のステップS50における第1センタリング処理が終了する。
On the other hand, if the result of step S401 is negative, that is, if the subject's breathing at the n-th sampling timing is a slow breath, the length of time required for that slow breath (here, approximately 8.0) Second) is set as the centering period. That is, when the subject's breathing is slow breathing, the period from the n-19th sampling as the start point and the nth sampling timing as the end point is set as the centering period. A first centering value ZaR0 (n) is generated based on the result of the moving average process using the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR at each of the nth sampling timings. More specifically, when the result of step S401 is negative, the
前述したように、被験者の呼吸が胸式呼吸であっても腹式呼吸であっても、体幹上部の生体電気インピーダンスZaの変化を示す波形は略正弦波状となるので、体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスZaRの変化を示す波形も略正弦波状となる。CPU170は、体動などによる影響で、第1生体電気インピーダンスZaRの変化を示す波形が乱れても(アーティファクトが発生しても)、それに応じた第1センタリング値ZaR0が得られるように、所定数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値に基づいて第1センタリング値ZaR0を生成する。より具体的には、CPU170は、サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、当該サンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数のサンプリングタイミングの各々における第1生体電気インピーダンスZaRの測定値を用いた移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける第1センタリング値ZaR0を求めるので、体動などによる影響で、第1生体電気インピーダンスZaRの変化を示す波形が乱れても、それに応じた第1センタリング値ZaR0を精度良く生成できる。そして、各サンプリングタイミングに対応するセンタリング期間の時間長は、当該サンプリングタイミングにおける被験者の呼吸速度に応じて可変に設定されるという具合である。
As described above, the waveform indicating the change in the bioelectrical impedance Za of the upper trunk is substantially sinusoidal regardless of whether the subject's breathing is chest breathing or abdominal breathing. The waveform indicating the change in the first bioelectrical impedance ZaR is also substantially sinusoidal. Even if the waveform indicating the change in the first bioelectrical impedance ZaR is disturbed (even if an artifact occurs) due to the influence of body movement or the like, the
図12に示すように、ステップS50の後、CPU170は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値の振幅基準レベルを示す第2センタリング値ZaL0を生成する第2センタリング処理を実行する(ステップS60)。ここでは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2センタリング値をZaL0(n)と表記する。前述の第1センタリング値ZaR0(n)と同様に、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、第n番目のサンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数のサンプリングタイミングの各々における第2生体電気インピーダンスZaLの測定値に基づいて、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2センタリング値ZaL0(n)を生成する。第2センタリング値ZaL0(n)の生成方法の具体的な内容は、第1センタリング値ZaR0(n)の生成方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 12, after step S50, the
図12に示すように、ステップS60の第2センタリング処理が終了すると、CPU170は、第1生体電気インピーダンスの測定値ZaR(n)の第1センタリング値ZaR0(n)に対する相対値である第1相対値ΔZaR(n)を算出する第1相対値算出処理を実行する(ステップS70)。より具体的には、CPU170は、ステップS40で求めた第1生体電気インピーダンスZaR(n)と、ステップS50で求めた第1センタリング値ZaR0(n)との差分を求め、その求めた差分値を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1相対値ΔZaR(n)として採用するという具合である。
As shown in FIG. 12, when the second centering process in step S60 is completed, the
ステップS70の後、CPU170は、第2生体電気インピーダンスの測定値ZaL(n)の第2センタリング値ZaL0(n)に対する相対値である第2相対値ΔZaL(n)を算出する第2相対値算出処理を実行する(ステップS80)。より具体的には、CPU170は、ステップS40で求めた第2生体電気インピーダンスZaL(n)と、ステップS60で求めた第2センタリング値ZaL0(n)との差分を求め、その求めた差分値を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第2相対値ΔZaL(n)として採用するという具合である。
After step S70, the
例えば被験者が健常者である場合は、右肺と左肺との間に機能差(換気能力の差)はみられないので、図18に示すように、被験者の呼吸に伴う第1相対値ΔZaRの経時的変化を示す波形と、第2相対値ΔZaLの経時的変化を示す波形とは、ほぼ同じような波形となる。第1相対値ΔZaRの経時的変化を示す波形は、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の振幅基準レベルである第1センタリング値ZaR0をゼロ基準とするものであり、第2相対値ΔZaLの経時的変化を示す波形は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値の振幅基準レベルである第2センタリング値ZaL0をゼロ基準とするものである。図18に示すように、吸気では、第1相対値ΔZaRおよび第2相対値ΔZaLは正の値となる一方、呼気では、第1相対値ΔZaRおよび第2相対値ΔZaLは負の値となる。また、右肺の換気量が多いほど、第1相対値ΔZaRの振幅値は大きくなる。さらに言えば、右肺での吸気量が多いほど、第1相対値ΔZaRのピーク値(正の値の最大値)の絶対値は大きい値となり、右肺での呼気量が多いほど、ボトム値(負の値の最小値)の絶対値は大きい値となる。同様に、左肺の換気量が多いほど、第2相対値ΔZaLの振幅値は大きくなる。左肺の吸気量が多いほど、第2相対値ΔZaLのピーク値の絶対値は大きい値となり、左肺の呼気量が多いほど、ボトム値の絶対値は大きい値となるという具合である。 For example, when the subject is a healthy person, there is no functional difference (difference in ventilation capacity) between the right lung and the left lung. Therefore, as shown in FIG. 18, the first relative value ΔZaR associated with the subject's breathing. The waveform indicating the change with time of the waveform and the waveform indicating the change with time of the second relative value ΔZaL are substantially similar. The waveform indicating the temporal change of the first relative value ΔZaR is based on the first centering value ZaR0, which is the amplitude reference level of the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR, as the zero reference. The waveform indicating the change in the state is based on the second centering value ZaL0, which is the amplitude reference level of the measured value of the second bioelectrical impedance ZaL, as a zero reference. As shown in FIG. 18, in the inspiration, the first relative value ΔZaR and the second relative value ΔZaL are positive values, whereas in the expiration, the first relative value ΔZaR and the second relative value ΔZaL are negative values. The amplitude value of the first relative value ΔZaR increases as the amount of ventilation in the right lung increases. Furthermore, the absolute value of the peak value (maximum positive value) of the first relative value ΔZaR increases as the amount of inhalation in the right lung increases, and the bottom value increases as the amount of expiration in the right lung increases. The absolute value of (the minimum negative value) is a large value. Similarly, the greater the left lung ventilation, the greater the amplitude value of the second relative value ΔZaL. The absolute value of the peak value of the second relative value ΔZaL becomes larger as the amount of inhalation in the left lung increases, and the absolute value of the bottom value becomes larger as the amount of expiration in the left lung increases.
図12に示すように、ステップS80の後、CPU170は、右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルBR1を抽出する第1の右肺呼吸レベル抽出処理を実行する(ステップS90)。以下、図19を参照しながら、ステップS90でCPU170が実行する第1の右肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容を説明する。図19は、第1の右肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図19に示すように、まずCPU170は、被験者の呼吸が吸気であるか否かを判定する(ステップS501)。具体的には、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1相対値ΔZaR(n)の値が正の値である場合には吸気であると判定する一方、負の値である場合には呼気であると判定するという具合である。CPU170は、吸気であると判定した場合は、吸気判別フラッグF2を「+1」に設定する一方、呼気であると判定した場合は、吸気判別フラッグF2を「0」に設定する。なお、初期状態においては、吸気判別フラッグF2は「+1」に設定される。また、ステップS501において、CPU170は、第1相対値ΔZaR(n)の代わりに、第2相対値ΔZaL(n)に基づいて、吸気であるか否かを判定してもよい。
As shown in FIG. 12, after step S80, the
ステップS501の結果が肯定の場合、CPU170は、ピークホールド処理を実行する(ステップS502)。より具体的には、CPU170は、吸気での複数のサンプリングタイミングの各々における第1相対値ΔZaRのうち最大の値をピーク値ΔZaR(MAX)として保持する。一方、ステップS501の結果が否定の場合、CPU170は、ボトムホールド処理を実行する(ステップS503)。より具体的には、CPU170は、呼気での複数のサンプリングタイミングの各々における第1相対値ΔZaRのうち最小の値をボトム値ΔZaR(MIN)として保持する。
If the result of step S501 is affirmative, the
次に、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、第1生体電気インピーダンスの測定値ZaR(n)と、第1センタリング値ZaR0(n)とが等しくなる第1ゼロクロスタイミングであるか否かを判定する(ステップS504)。より具体的には、CPU170は、第1ゼロクロスタイミング判定処理を実行し、その処理結果に基づいて、当該サンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングであるか否かを判定する。以下、その詳細な内容について説明する。
Next, the
図20は、ステップS504でCPU170が実行する第1ゼロクロスタイミング判定処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図20に示すように、まずCPU170は、5個のサンプリングタイミングの各々における第1相対値ΔZaRのうち最小の値を抽出する(ステップS601)。より具体的には、CPU170は、第n−4番目〜第n番目のサンプリングタイミングの各々における第1相対値ΔZaRの絶対値|ΔZaR|(|ΔZaR(n−4)|〜|ΔZaR(n)|)のうち最小の値を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1クロスポイント判定値ΔMIN5(n)として抽出するという具合である。
FIG. 20 is a flowchart showing specific contents of the first zero cross timing determination process executed by the
ステップS60の後、CPU170は、直前のサンプリングタイミングにおける第1クロスポイント判定値と、ステップS601で抽出した第1クロスポイント判定値とが等しく、且つ、直前のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングであるか否かを判定する(ステップS602)。より具体的には、CPU170は、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第1クロスポイント判定値ΔMIN5(n−1)とΔMIN5(n)とが等しく、且つ、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第1クロスポイント判定フラッグF3(n−1)が「+1」に設定されているか否かを判定する。第1クロスポイント判定フラッグF3(n−1)が「+1」に設定されている場合は、第n−1番目のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングであるとみなされる。なお、第1クロスポイント判定フラッグF3の初期値(デフォルト値)、つまりは第1番目のサンプリングタイミングにおける第1クロスポイント判定フラッグF3(1)の値は「0」に設定されている。
After step S60, the
ステップS602の結果が肯定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングは第1ゼロクロスタイミングではないと判定し、第1クロスポイント判定フラッグF3(n)を「0」に設定してステップS74へ進む。ステップS602の結果が否定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1相対値ΔZaR(n)の絶対値が0.3以下であるか否かを判定する(ステップS603)。ステップS603の結果が否定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングは第1ゼロクロスタイミングではないと判定し、第1クロスポイント判定フラッグF3(n)を「0」に設定して処理を終了する。ステップS603の結果が肯定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングは第1ゼロクロスタイミングであると判定し、第1クロスポイント判定フラッグF3(n)を「+1」に設定して処理を終了する。以上で、第1ゼロクロスタイミング判定処理が終了する。
If the result of step S602 is positive, the
再び図19に戻って説明を続ける。ステップS504で、CPU170が、第n番目のサンプリングタイミングは第1ロクロスタイミングではないと判定した場合、すなわち、第1クロスポイント判定フラッグF3(n)が「0」である場合は、当該サンプリングタイミングにおける第1の右肺呼吸レベル抽出処理は終了する。一方、CPU170が、第n番目のサンプリングタイミングは第1ゼロクロスタイミングであると判定した場合、すなわち、第1クロスポイント判定フラッグF3(n)が「+1」である場合は、ステップS505へ進む。
Returning to FIG. 19 again, the description will be continued. If the
ステップS505において、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスZaRの微分係数dZaRが正極性(>0)であるか否かを判定する。言い換えれば、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、呼気から吸気へと変化するタイミングであるか否かを判定する。
In step S505, the
ステップS505の結果が肯定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、呼気から吸気へと変化するタイミングであると判断して、そのときホールドされているピーク値ΔZaR(MAX)とボトム値ΔZaR(MIN)との絶対値の和を、直前の1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1として抽出する(ステップS506)。ステップS506で抽出された第1の右肺呼吸レベルBR1は、直前の1呼吸における右肺の上部の換気能力を示すものであり、その換気能力が高いほど、第1の右肺呼吸レベルBR1は大きな値を示すという具合である。その後、CPU170は、吸気フラッグ設定処理を実行する(ステップS507)。より具体的には、CPU170は、吸気判別フラッグF2を「+1」に設定する。そして、CPU170は、ピークホールド処理を初期化する(ステップS508)。より具体的には、CPU170は、ステップS502で保持していたピーク値ΔZaR(MAX)を、「0」に設定(初期化)して、当該サンプリングタイミングにおける第1の右肺呼吸レベル抽出処理を終了する。
When the result of step S505 is affirmative, the
一方、ステップS505の結果が否定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、吸気から呼気へと変化するタイミングであると判断して、呼気フラッグ設定処理を実行する(ステップS509)。より具体的には、CPU170は、吸気判別フラッグF2を「0」に設定する。そして、CPU170は、ボトムホールド処理を初期化する(ステップS510)。より具体的には、CPU170は、ステップS503で保持していたボトム値ΔZaR(MIN)を、「0」に設定(初期化)して、当該サンプリングタイミングにおける第1の右肺レベル抽出処理を終了する。以上で、図12のステップS90における第1の右肺呼吸レベル抽出処理が終了する。
On the other hand, if the result of step S505 is negative, the
図12に示すように、ステップS90の後、CPU170は、左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルBL1を抽出する第1の左肺呼吸レベル抽出処理を実行する(ステップS100)。この第1の左肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容は、上述の第1の右肺呼吸レベル抽出処理と同様であるので、詳細な説明は省略する。要するに、第n番目のサンプリングタイミングが、第2生体電気インピーダンスの測定値ZaL(n)と、第2センタリング値ZaL0(n)とが等しくなる第2ゼロクロスタイミングであって、かつ吸気から呼気へと変化するタイミングであると判定された場合は、そのときホールドされているピーク値ΔZaL(MAX)とボトム値ΔZaL(MIN)との絶対値の和が、直前の1呼吸における第1の左肺呼吸レベルBL1として抽出されるという具合である。そのようにして抽出された第1の左肺呼吸レベルBL1は、直前の1呼吸における左肺の上部の換気能力を示すものであり、その換気能力が高いほど、第1の左肺呼吸レベルBL1は大きな値を示すという具合である。
As shown in FIG. 12, after step S90, the
<A−5:呼吸レベル表示処理>
次に、CPU170が実行する呼吸レベル表示処理について説明する。本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1を表示する呼吸レベル表示処理を実行する。図21に示すように、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1を第1バーグラフBG1で表示するとともに、当該1呼吸における第1の左肺呼吸レベルBL1を第2バーグラフBG2で表示するように、表示部160を制御する。より具体的には、CPU170は、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1に応じて、着色表示すべき第1バーグラフBG1の段階数を決定するとともに、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第1の左肺の呼吸レベルBL1に応じて、着色表示すべき第2バーグラフBG2の段階数を決定する。そして、CPU170は、第1の右肺呼吸レベルBR1を構成するピーク値ΔZaR(MAX)およびボトム値ΔZaR(MIN)の各々の値に応じて、着色表示すべき第1バーグラフBG1の段階数を吸気と呼気とに割り振るとともに、第1の左肺呼吸レベルBL1を構成するピーク値ΔZaL(MAX)およびボトム値ΔZaL(MIN)の各々の値に応じて、着色表示すべき第2バーグラフBG2の段階数を吸気と呼気とに割り振る。
<A-5: Respiration level display process>
Next, a respiration level display process executed by the
さらに言えば、第1の右肺呼吸レベルBR1を構成するピーク値ΔZaR(MAX)の値が大きいほど、第1バーグラフBG1の吸気側の段階数も大きくなり、ボトム値ΔZaR(MIN)の値が大きいほど、第1バーグラフBG1の呼気側の段階数も大きくなる。同様に、第1の左肺呼吸レベルBL1を構成するピーク値ΔZaL(MAX)の値が大きいほど、第2バーグラフBG2の吸気側の段階数も大きくなり、ボトム値ΔZaL(MIN)の値が大きいほど、第2バーグラフBG2の呼気側の段階数も大きくなるという具合である。 Furthermore, as the peak value ΔZaR (MAX) constituting the first right lung respiration level BR1 increases, the number of steps on the inhalation side of the first bar graph BG1 increases, and the value of the bottom value ΔZaR (MIN) increases. The larger the is, the greater the number of stages on the expiration side of the first bar graph BG1. Similarly, the larger the peak value ΔZaL (MAX) constituting the first left lung respiration level BL1, the greater the number of steps on the inhalation side of the second bar graph BG2, and the bottom value ΔZaL (MIN) becomes smaller. The larger the number, the greater the number of steps on the exhalation side of the second bar graph BG2.
以上に説明したように、本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1を表示するように制御するので、被験者は、自分の右肺の換気能力と左肺の換気能力との差異を容易に認識できる。被験者が健常者であれば、右肺と左肺との間に機能差は見られないので、第1バーグラフBG1に表示される段階数と、第2バーグラフBG2に表示される段階数との間にも差異は見られない。一方、被験者が、左右の肺の何れかに疾患等を抱えている者であれば、右肺と左肺との間に機能差が生じるので、第1の右肺呼吸レベルBR1と第1の左肺呼吸レベルBL1との間に差異が生じる。つまり、第1バーグラフBG1に表示される段階数と、第2バーグラフBG2に表示される段階数との間にも差異が生じるという具合である。被験者は、第1バーグラフBG1および第2バーグラフBG2を見ることで、自分の右肺の換気能力と左肺の換気能力との差異を容易に認識できるので、容易に疾患部を特定することができる。また、第1バーグラフBG1および第2バーグラフBG2による表示を、例えば手術後の肺の機能回復のためのバイオフィードバック情報として活用することもできる。
As described above, in this embodiment, the
<B:第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る生体測定装置の構成および動作は、上述の第1実施形態とほぼ同様であるので、重複する部分については説明を省略する。本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1だけでなく、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルBR2と、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルBL2とを表示するように制御する点で、上述の第1実施形態と相違する。以下、具体的な内容について説明する。
<B: Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the configuration and operation of the biometric apparatus according to the second embodiment are substantially the same as those of the first embodiment described above, the description of the overlapping parts is omitted. In the present embodiment, for each breath of the subject, the
前述の体幹中部の生体電気インピーダンスZbには、右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の生体電気インピーダンスと、左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の生体電気インピーダンスとが含まれる。以降、本明細書では、体幹中部右側の生体電気インピーダンスを第3生体電気インピーダンスZbRと表記し、体幹中部左側の生体電気インピーダンスを第4生体電気インピーダンスZbLと表記する。第3生体電気インピーダンスZbRは、右手と右足との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、左手と左足との間の電位差を示す電圧データDvとから求められる。また、第4生体電気インピーダンスZbLは、左手と左足との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、右手と右足との間の電位差を示す電圧データDvとから求められるという具合である。 The bioelectrical impedance Zb of the middle trunk includes the bioelectrical impedance on the right side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the right lung, and the bioelectrical impedance on the left side of the middle trunk including the middle lower part of the left lung and the abdomen. Is included. Hereinafter, in the present specification, the bioelectrical impedance on the right side of the middle trunk is denoted as third bioelectrical impedance ZbR, and the bioelectrical impedance on the left side of the middle trunk is denoted as fourth bioelectrical impedance ZbL. The third bioelectrical impedance ZbR is obtained from current data Di indicating the magnitude of the reference current Iref flowing between the right hand and the right foot, and voltage data Dv indicating the potential difference between the left hand and the left foot. Further, the fourth bioelectrical impedance ZbL is obtained from the current data Di indicating the magnitude of the reference current Iref flowing between the left hand and the left foot and the voltage data Dv indicating the potential difference between the right hand and the right foot. It is.
呼吸に伴って右肺に空気が出入りすることで、第3生体電気インピーダンスZbRも変化する。その変化の仕方は、前述の体幹中部の生体電気インピーダンスZbと同様であるが、右肺の換気量が多いほど、第3生体電気インピーダンスZbRの振幅値も大きくなる。本実施形態では、第3生体電気インピーダンスZbRの振幅値は、右肺の中下部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値に基づいて、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルBR2を求めている。この詳細な内容については後述する。 The third bioelectrical impedance ZbR also changes as air enters and exits the right lung with breathing. The change is similar to the bioelectrical impedance Zb in the middle trunk described above, but the larger the right lung ventilation, the larger the amplitude value of the third bioelectrical impedance ZbR. In the present embodiment, focusing on the fact that the amplitude value of the third bioelectrical impedance ZbR is a value corresponding to the ventilation ability of the middle and lower part of the right lung, based on the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR, the right lung The second right lung respiration level BR2 indicating the middle and lower ventilation capacity is obtained. Details of this will be described later.
また、呼吸に伴って左肺に空気が出入りすることで、第4生体電気インピーダンスZbLも変化する。その変化の仕方は、前述の体幹中部の生体電気インピーダンスZbと同様であるが、左肺の換気量が多いほど、第4生体電気インピーダンスZbLの振幅値も大きくなる。本実施形態では、第4生体電気インピーダンスZbLの振幅値は、左肺の中下部の換気能力に応じた値となる点に着目し、第4生体電気インピーダンスZbLの測定値に基づいて、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルBL2を求めている。この詳細な内容については後述する。 In addition, the fourth bioelectrical impedance ZbL also changes as air enters and leaves the left lung with breathing. The method of the change is the same as the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk described above, but the amplitude value of the fourth bioelectrical impedance ZbL increases as the ventilation volume of the left lung increases. In the present embodiment, focusing on the fact that the amplitude value of the fourth bioelectrical impedance ZbL is a value corresponding to the ventilation capacity of the middle and lower part of the left lung, based on the measured value of the fourth bioelectrical impedance ZbL, The second left lung respiration level BL2 indicating the middle and lower ventilation capacity is obtained. Details of this will be described later.
次に、本実施形態における呼吸レベル検出処理の具体的な内容を説明する。図22および図23は、本実施形態における呼吸レベル検出処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。図22に示すように、まずCPU170は、サンプリングタイミングに到達したか否かを判定し(ステップS700)、ステップS700の結果が肯定である場合はステップS710に進む。ここでは、第n番目のサンプリングタイミングに到達した場合を想定して、ステップS710以下の各ステップの具体的な内容を説明する。なお、第1実施形態と重複する部分については、適宜説明を省略する。
Next, the specific content of the respiration level detection process in this embodiment is demonstrated. 22 and 23 are flowcharts for explaining the specific contents of the respiration level detection process in the present embodiment. As shown in FIG. 22, first, the
図22に示すように、ステップS710において、CPU170は、体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスZaRを測定する。この内容は第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。次に、CPU170は、体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスZbRを測定する(ステップS720)。例えば、CPU170は、右足用の電流電極X2と右手用の電流電極X4とを選択するように電極切換回路252を制御するとともに、左足用の電圧電極Y1と左手用の電圧電極Y3とを選択するように電極切換回路251を制御する。そして、CPU170は、右手と右足との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、左足用の電圧電極Y1と左手用の電圧電極Y3との間の電位差を示す電圧データDvとから、体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスZbRを測定する。ここでは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの実測値をZbR(n)’と表記する。
As shown in FIG. 22, in step S710, the
ステップS720の後、CPU170は、ステップS710で求めた第1生体電気インピーダンスZaR(n)’およびステップS720で求めた第3生体電気インピーダンスZbR(n)’の各々について、スムージング処理を実行する(ステップS730)。スムージング処理の内容は第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。スムージング処理が行われた後の、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの測定値をZbR(n)と表記する。
After step S720, the
ステップS730の後、CPU170は、体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスZaLを測定する(ステップS740)。この内容は第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。次に、CPU170は、体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスZbLを測定する(ステップS750)。例えば、CPU170は、左足用の電流電極X1と左手用の電流電極X3とを選択するように電極切換回路252を制御するとともに、右足用の電圧電極Y2と右手用の電圧電極Y4とを選択するように電極切換回路251を制御する。そして、CPU170は、左手と左足との間に流れる基準電流Irefの大きさを示す電流データDiと、右足用の電圧電極Y2と右手用の電圧電極Y4との間の電位差を示す電圧データDvとから、体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスZbLを測定する。ここでは、第n番目のサンプリングタイミングにおける第4生体電気インピーダンスの実測値をZbL(n)’と表記する。
After step S730, the
ステップS750の後、CPU170は、ステップS740で求めた第2生体電気インピーダンスZaL(n)’およびステップS750で求めた第4生体電気インピーダンスZbL(n)’の各々について、スムージング処理を実行する(ステップS760)。スムージング処理の内容は第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。スムージング処理が行われた後の、第n番目のサンプリングタイミングにおける第4生体電気インピーダンスの測定値をZbL(n)と表記する。
After step S750, the
図22に示すように、ステップS760の後のステップS770において、CPU170は、第1センタリング処理を実行する。ステップS770の後のステップS780において、CPU170は、第1相対値算出処理を実行する。ステップS780の後のステップS790において、CPU170は、第1の右肺呼吸レベル抽出処理を実行する。以上のステップS770〜ステップS790の各々における処理は、上述の第1実施形態において説明した内容と同様であるので、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 22, in step S770 after step S760, the
ステップS790の後、CPU170は、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値の振幅基準レベルを示す第3センタリング値ZbR0を生成し、その生成した第3センタリング値ZbR0を用いて、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値の第3センタリング値ZbR0に対する相対値である第3相対値ΔZbRを算出する(ステップS800)。第3センタリング値ZbR0とは、第3生体電気インピーダンスZbRの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。
After step S790, the
ここで、前述したように、被験者の呼吸が腹式呼吸の場合、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの変化は、体幹上部の生体電気インピーダンスZaの変化とは異なる態様(非正弦波状)を示すので、前述の第1センタリング値ZaR0または第2センタリング値ZaL0を求める場合と同様に、所定数のサンプリングタイミングの各々における第3生体電気インピーダンスZbRの測定値を用いた移動平均処理を行っても、これらの振幅基準レベル、すなわち、第3生体電気インピーダンスZbRの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを精度良く求めることは困難である。 Here, as described above, when the subject's breathing is abdominal breathing, the change in the bioelectric impedance Zb in the middle trunk is different from the change in the bioelectric impedance Za in the upper trunk (non-sinusoidal). Thus, similar to the case of obtaining the first centering value ZaR0 or the second centering value ZaL0, the moving average process using the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR at each of a predetermined number of sampling timings may be performed. Thus, it is difficult to accurately obtain the amplitude reference level for extracting information resulting from respiration from these amplitude reference levels, that is, from the waveform indicating the temporal change of the third bioelectrical impedance ZbR.
そこで、本実施形態では、図24に示すように、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値と、第1センタリング値ZaR0とが等しくなる第1ゼロクロスタイミングを抽出し、当該第1ゼロクロスタイミングにおける第3生体電気インピーダンスZbRの測定値に基づいて、第3センタリング値ZbR0を生成している。これにより、被験者の呼吸が腹式呼吸であっても、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値の振幅基準レベルを精度良く抽出できる。図24は、第3センタリング値ZbR0の生成方法を概念的に説明するための図である。以下では、図25を参照しながら、ステップS800でCPU170が実行する第3相対値算出処理の具体的な内容を説明する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 24, a first zero cross timing at which the measured value of the first bioelectrical impedance ZaR and the first centering value ZaR0 are equal is extracted, and the third zero cross timing at the first zero cross timing is extracted. A third centering value ZbR0 is generated based on the measured value of the bioelectrical impedance ZbR. Thereby, even if the subject's breathing is abdominal breathing, the amplitude reference level of the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR can be extracted with high accuracy. FIG. 24 is a diagram for conceptually explaining a method of generating the third centering value ZbR0. Hereinafter, specific contents of the third relative value calculation process executed by the
図25は、第3相対値算出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図25に示すように、まずCPU170は、前述の第1クロスポイント判定フラッグF3(n)が「+1」であるか否かを判定する(ステップS801)。ステップS801の結果が肯定の場合、つまりは、第n番目のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングである場合、CPU170は、第3センタリング値ZbR0(n)を抽出する(ステップS802)。より具体的には、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3生体電気インピーダンスの測定値ZbR(n)を第3センタリング値ZbR0(n)として抽出する。さらに詳述すると、CPU170は、第n−2番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n−2)と、第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n−1)と、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n)とを用いて移動平均処理を行い、その処理結果を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n)として抽出する([ZbR0(n−2)+ZbR0(n−1)+ZbR0(n)]/3→ZbR0(n))。
FIG. 25 is a flowchart showing specific contents of the third relative value calculation process. As shown in FIG. 25, first, the
一方、ステップS801の結果が否定の場合、つまりは、第n番目のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングではない場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n−1)を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3センタリング値ZbR0(n)として採用する(ZbR0(n−1)→ZbR0(n))。
On the other hand, if the result of step S801 is negative, that is, if the nth sampling timing is not the first zero cross timing, the
次に、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3相対値ΔZbR(n)を算出する(ステップS804)。より具体的には、CPU170は、第3生体電気インピーダンスの測定値ZbR(n)と、第3センタリング値ZbR0(n)との差分を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第3相対値ΔZbR(n)として採用するという具合である。以上で、図22のステップS800における第3相対値算出処理が終了する。
Next, the
再び図22に戻って説明を続ける。図22に示すように、ステップS800の後、CPU170は、右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルBR2を抽出する第2の右肺呼吸レベル抽出処理を実行する(ステップS810)。以下、図26を参照しながら、ステップS810でCPU170が実行する第2の右肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容を説明する。図26は、第2の右肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図26に示すように、まずCPU170は、被験者の呼吸が吸気であるか否かを判定する(ステップS900)。この内容は、前述の第1の右肺呼吸レベル抽出処理で説明した内容(図19のステップS501)と同じであるので、詳細な説明は省略する。
Returning to FIG. 22 again, the description will be continued. As shown in FIG. 22, after step S800, the
ステップS900の結果が肯定の場合、CPU170は、ピークホールド処理を実行する(ステップS901)。より具体的には、CPU170は、吸気での複数のサンプリングタイミングの各々における第3相対値ΔZbRのうち最大の値をピーク値ΔZbR(MAX)として保持する。一方、ステップS900の結果が否定の場合、CPU170は、ボトムホールド処理を実行する(ステップS902)。より具体的には、CPU170は、呼気での複数のサンプリングタイミングの各々における第3相対値ΔZbRのうち最小の値をボトム値ΔZbR(MIN)として保持する。
If the result of step S900 is affirmative, the
次に、CPU170は、前述の第1クロスポイント判定フラッグF3(n)が「+1」であるか否かを判定する(ステップS903)。ステップS903の結果が否定の場合、つまりは、第n番目のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングではない場合は、当該サンプリングタイミングにおける第2の右肺呼吸レベル抽出処理は終了する。一方、ステップS903の結果が肯定の場合、つまりは、第n番目のサンプリングタイミングが第1ゼロクロスタイミングである場合は、ステップS904へ進む。ステップS904において、CPU170は、図10のステップS505と同様に、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1生体電気インピーダンスZaRの微分係数dZaRが正極性(>0)であるか否かを判定する。言い換えれば、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、呼気から吸気へと変化するタイミングであるか否かを判定する。
Next, the
ステップS904の結果が肯定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、呼気から吸気へと変化するタイミングであると判断して、そのときホールドされているピーク値ΔZbR(MAX)とボトム値ΔZbR(MIN)との絶対値の和を、直前の1呼吸における第2の右肺呼吸レベルBR2として抽出する(ステップS905)。ステップS905で抽出された第2の右肺呼吸レベルBR2は、当該1呼吸における右肺の中下部の換気能力を示すものであり、その換気能力が高いほど、第2の右肺呼吸レベルBR2は大きな値を示すという具合である。その後、CPU170は、吸気フラッグ設定処理を実行する(ステップS906)。より具体的には、CPU170は、吸気判別フラッグF2を「+1」に設定する。そして、CPU170は、ピークホールド処理を初期化する(ステップS907)。より具体的には、CPU170は、ステップS812で保持していたピーク値ΔZbR(MAX)を、「0」に設定(初期化)して、当該サンプリングタイミングにおける第2の右肺呼吸レベル抽出処理を終了する。
If the result of step S904 is affirmative, the
一方、ステップS904の結果が否定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングが、吸気から呼気へと変化するタイミングであると判断して、呼気フラッグ設定処理を実行する(ステップS908)。より具体的には、CPU170は、吸気判別フラッグF2を「0」に設定する。そして、CPU170は、ボトムホールド処理を初期化する(ステップS909)。より具体的には、CPU170は、ステップS813で保持していたボトム値ΔZbR(MIN)を、「0」に設定(初期化)して、当該サンプリングタイミングにおける第1の右肺レベル抽出処理を終了する。以上で、図22のステップS810における第2の右肺呼吸レベル抽出処理が終了して、次のステップS820へ進む(図23参照)。
On the other hand, when the result of step S904 is negative, the
図23を参照しながら、呼吸レベル検出処理の具体的な内容の説明を続ける。図23に示すように、ステップS820において、CPU170は、第2センタリング処理を実行する。ステップS820の後のステップS830において、CPU170は、第2相対値算出処理を実行する。ステップS830の後のステップS840において、CPU170は、第1の左肺呼吸レベル抽出処理を実行する。以上のステップS820〜ステップS840の各々における処理は、上述の第1実施形態にて説明した内容と同様であるので、詳細な説明は省略する。
With reference to FIG. 23, the description of the specific content of the respiration level detection process will be continued. As shown in FIG. 23, in step S820, the
ステップS840の後、CPU170は、第4生体電気インピーダンスZbLの測定値の振幅基準レベルを示す第4センタリング値ZbL0を生成し、その生成した第4センタリング値ZbL0を用いて、第4生体電気インピーダンスZbLの測定値の第4センタリング値ZbL0に対する相対値である第4相対値ΔZbLを算出する(ステップS850)。第4センタリング値ZbL0とは、第4生体電気インピーダンスZbLの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。本実施形態では、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値と、第2センタリング値ZaL0とが等しくなる第2ゼロクロスタイミングを抽出し、当該第2ゼロクロスタイミングにおける第4生体電気インピーダンスZbLの測定値に基づいて第4センタリング値ZbL0を生成する。第n番目のサンプリングタイミングにおける第4センタリング値ZbL0(n)の生成方法の具体的な内容は、前述の第3センタリング値ZbR0(n)の生成方法と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。そして、CPU170は、第4生体電気インピーダンスの測定値ZbL(n)と、第4センタリング値ZbL0(n)との差分を、第n番目のサンプリングタイミングにおける第4相対値ΔZbL(n)として採用する。
After step S840, the
図23に示すように、ステップS850の後、CPU170は、左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルBL2を抽出する第2の左肺呼吸レベル抽出処理を実行する(ステップS860)。
この第2の左肺呼吸レベル抽出処理の具体的な内容は、前述の第2の右肺呼吸レベル抽出処理と同様であるので、詳細な説明は省略する。要するに、第n番目のサンプリングタイミングが、第2生体電気インピーダンスの測定値ZaL(n)と、第2センタリング値ZaL0(n)とが等しくなる第2ゼロクロスタイミングであって、かつ呼気から吸気へと変化するタイミングであると判定された場合は、そのときホールドされているピーク値ΔZbL(MAX)とボトム値ΔZbL(MIN)との絶対値の和が、直前の1呼吸における第2の左肺呼吸レベルBL2として抽出されるという具合である。そのようにして抽出された第2の左肺呼吸レベルBL2は、当該1呼吸における左肺の中下部の換気能力を示すものであり、その換気能力が高いほど、第2の左肺呼吸レベルBL2は大きな値を示す。以上で、第n番目のサンプリングタイミングにおける呼吸レベル検出処理が終了する。
As shown in FIG. 23, after step S850, the
Since the specific content of the second left lung respiration level extraction process is the same as that of the second right lung respiration level extraction process, detailed description thereof is omitted. In short, the nth sampling timing is the second zero cross timing at which the measured value ZaL (n) of the second bioelectrical impedance is equal to the second centering value ZaL0 (n), and from expiration to inspiration. If it is determined that the timing changes, the sum of absolute values of the peak value ΔZbL (MAX) and the bottom value ΔZbL (MIN) held at that time is the second left lung respiration in the immediately preceding one breath It is extracted as level BL2. The second left lung respiration level BL2 extracted in this way indicates the ventilation ability of the middle lower part of the left lung in the one breath. The higher the ventilation ability, the second left lung respiration level BL2 Indicates a large value. This completes the respiration level detection process at the nth sampling timing.
次に、CPU170が実行する呼吸レベル表示処理について説明する。本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1に加えて、当該1呼吸における第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2を表示する呼吸レベル表示処理を実行する。図27に示すように、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、第1の右肺呼吸レベルBR1を第1バーグラフBG1で表示し、第1の左肺呼吸レベルBL1を第2バーグラフBG2で表示し、第2の右肺呼吸レベルBR2を第3バーラフBG3で表示し、第2の左肺呼吸レベルBL2を第4バーグラフBG4で表示するように、表示部160を制御する。第1バーグラフBG1および第2バーグラフBG2による表示の態様は、上述の第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。以下では、第3バーグラフBG3および第4バーグラフBG4による表示の態様について説明する。
Next, a respiration level display process executed by the
CPU170は、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第2の右肺呼吸レベルBR2に応じて、着色表示すべき第3バーグラフBG3の段階数を決定するとともに、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第2の左肺の呼吸レベルBL2に応じて、着色表示すべき第4バーグラフBG4の段階数を決定する。そして、CPU170は、第2の右肺呼吸レベルBR2を構成するピーク値ΔZbR(MAX)およびボトム値ΔZbR(MIN)の各々の値に応じて、着色表示すべき第3バーグラフBG3の段階数を吸気と呼気とに割り振るとともに、第2の左肺呼吸レベルBL2を構成するピーク値ΔZbL(MAX)およびボトム値ΔZbL(MIN)の各々の値に応じて、着色表示すべき第4バーグラフBG4の段階数を吸気と呼気とに割り振るという具合である。
The
以上に説明したように、本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1、第2の右肺呼吸レベルBR2、第1の左肺呼吸レベルBL1、および、第2の左肺呼吸レベルBL2を表示するように制御するので、被験者は、自分の右肺の上部の換気能力および左肺の上部の換気能力だけでなく、右肺の中下部の換気能力および左肺の中下部の換気能力についても容易に認識できる。つまり、被験者は、第1バーグラフBG1〜第4バーグラフBG4を見ることで、自分の右肺の上部の換気能力と左肺の上部の換気能力との差異だけでなく、右肺の中下部の換気能力と左肺の中下部の換気能力との差異も容易に認識できるという具合である。
As described above, in this embodiment, the
なお、上述の第2実施形態では、第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1に加えて、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2が測定されているが、これに限らず、例えば第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1が測定されずに、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2が測定される態様であってもよい。ただし、この態様(第3生体電気インピーダンスZbRおよび第4生体電気インピーダンスZbLの測定値のみに基づいて右肺呼吸レベルおよび左肺呼吸レベルを測定する態様)では、被験者の呼吸に伴う第3生体電気インピーダンスZbRおよび第4生体電気インピーダンスZbLの経時的変化を示す波形には、呼気時の腹式呼吸に起因した波形歪みが含まれるので、呼気と吸気とを判別して、呼気時の波形歪みを外した呼気情報を呼吸レベル情報として使用することも考えられる。なお、呼気と吸気との判別方法は任意である。例えば呼吸法を指導するための呼吸アシスト情報を用いて呼気と吸気とを判別することもできる。また、呼吸アシスト情報を用いなくても、腹式呼吸に起因した呼気時の波形歪みが無ければ正弦波と仮定して波形歪みを抽出し、その波形歪みの大きさに基づいて呼気と吸気とを判別することもできる。 In the second embodiment described above, in addition to the first right lung respiratory level BR1 and the first left lung respiratory level BL1, the second right lung respiratory level BR2 and the second left lung respiratory level BL2 are measured. However, the present invention is not limited to this. For example, the first right lung respiratory level BR1 and the first left lung respiratory level BL1 are not measured, and the second right lung respiratory level BR2 and the second left lung respiratory level are not measured. There may be a mode in which BL2 is measured. However, in this aspect (an aspect in which the right lung respiration level and the left lung respiration level are measured based only on the measured values of the third bioelectric impedance ZbR and the fourth bioelectric impedance ZbL), the third bioelectricity associated with the respiration of the subject is used. Since the waveform showing the change over time of the impedance ZbR and the fourth bioelectrical impedance ZbL includes waveform distortion caused by abdominal breathing during expiration, the waveform distortion during expiration is determined by discriminating between expiration and inspiration. It is also possible to use the exhaled breath information as respiratory level information. A method for discriminating expiration and inspiration is arbitrary. For example, it is possible to discriminate expiration and inspiration using respiration assist information for instructing a respiration method. Even if breathing assist information is not used, if there is no waveform distortion during expiration due to abdominal breathing, waveform distortion is extracted assuming a sine wave, and expiration and inspiration are determined based on the magnitude of the waveform distortion. Can also be determined.
<C:第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベル(第1の右肺呼吸レベルBR1、第2の右肺呼吸レベルBR2)および左肺の換気能力を示す左肺吸レベル(第1の左肺呼吸レベルBL1、第2の左肺呼吸レベルBL2)だけでなく、被験者の体幹右側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさと、体幹左側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさとを表示するように制御する点で上述の各実施形態と相違する。以下、具体的な内容について説明する。
<C: Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the
まず、図28および図29を参照して、被験者の呼吸と、被験者の胸部の周囲径Ribおよび腹部の周囲径Abとの関係について説明する。まず、被験者の呼吸が腹式呼吸である場合を想定する。図28は、レスピトレース(米国A.M.I社製)で、被験者の腹式呼吸に連動した胸部および腹部の各々の周囲径変化を時系列的に捕捉した結果を示す図である。図28からも理解されるように、被験者の呼吸が腹式呼吸の場合は、その呼吸に応じて腹部の周囲径Abが変化する一方、胸部の周囲径Ribは殆ど変化しない。したがって、腹式呼吸の場合は、被験者の胸部の周囲径Ribの変化(Ribの測定値の基準レベルを示すRib基準値に対するRib(測定値)の相対値)ΔRibと、被験者の腹部の周囲径Abの変化(Abの測定値の基準レベルを示すAb基準値に対するAb(測定値)の相対値)ΔAbとの比を示すΔRib/ΔAbは、「1」を下回るという具合である。なお、レスピトレースの情報は、基準に対する相対値のピーク値(またはボトム値)の絶対値(0-P)、および、相対値のピーク値とボトム値との絶対値の和(P-P)のうちの何れかで検出される。ここでは、被験者の1呼吸ごとに、呼吸の種別の判定が行われるので、レスピトレースの情報は、P-Pの形で検出される。 First, with reference to FIG. 28 and FIG. 29, the relationship between the breathing of the subject and the peripheral diameter Rib of the subject's chest and the peripheral diameter Ab of the abdomen will be described. First, it is assumed that the subject's breathing is abdominal breathing. FIG. 28 is a diagram showing the results of capturing time-series changes in the respective peripheral diameters of the chest and abdomen in conjunction with the subject's abdominal breathing with Respitrace (manufactured by A.M.I., USA). As understood from FIG. 28, when the subject's breathing is abdominal breathing, the peripheral diameter Ab of the abdomen changes according to the breathing, while the peripheral diameter Rib of the chest hardly changes. Therefore, in the case of abdominal breathing, the change in the circumference of the subject's chest circumference Rib (the relative value of Rib (measurement value) relative to the Rib reference value indicating the reference level of the Rib measurement value) ΔRib and the circumference of the subject's abdomen ΔRib / ΔAb indicating the ratio of Ab change (relative value of Ab (measured value) to Ab reference value indicating the reference level of the measured value of Ab) ΔAb is less than “1”. The response trace information includes the absolute value (0-P) of the peak value (or bottom value) of the relative value with respect to the reference, and the sum (PP) of the absolute value of the peak value and bottom value of the relative value. It is detected by either. Here, since the determination of the type of breathing is performed for each breath of the subject, the information on the response trace is detected in the form of PP.
次に、被験者の呼吸が胸式呼吸である場合を想定する。図29は、レスピトレース(米国A.M.I社製)で、被験者の胸式呼吸に連動した胸部および腹部の各々の周囲径変化を時系列的に捕捉した結果を示す図である。被験者の呼吸が胸式呼吸の場合は、その呼吸に応じた胸部の周囲径Ribの変化は、腹部の周囲径Abの変化よりも大きいので、上述のΔRib/ΔAbは、「1」を上回るという具合である。ここでは、ΔRib/ΔAbは、被験者の呼吸が腹式呼吸なのか胸式呼吸なのかを判別可能な判別情報であると捉えることができる。 Next, it is assumed that the subject's breathing is chest breathing. FIG. 29 is a diagram showing a result of capturing time-series changes in the peripheral diameters of the chest and abdomen in conjunction with the subject's chest breathing with Respiret (manufactured by A.M.I., USA). When the subject's breathing is thoracic breathing, the change in the peripheral diameter Rib of the chest corresponding to the respiration is larger than the change in the peripheral diameter Ab of the abdomen, and thus the above-described ΔRib / ΔAb exceeds “1”. Condition. Here, ΔRib / ΔAb can be regarded as discrimination information that can discriminate whether the subject's breathing is abdominal breathing or chest breathing.
本実施形態では、被験者の胸部の周囲径の変化ΔRibと腹部の周囲径の変化ΔAbとの比(=ΔRib/ΔAb)と、体幹上部の生体電気インピーダンスZaの測定値のセンタリング値Za0に対する相対値ΔZa、および、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの測定値のセンタリング値Zb0に対する相対値ΔZbとの間には相関関係があることを見出し、その相関関係を表す式を用いて、相対値ΔZaおよび相対値ΔZbに対応するΔRib/ΔAbの値を求める。そして、その求めたΔRib/ΔAbの値に基づいて、被験者の腹式呼吸の程度が推定されるという具合である。上記センタリング値Za0は、生体電気インピーダンスZaの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。また、上記センタリング値Zb0は、生体電気インピーダンスZbの経時的変化を示す波形から、呼吸に起因した情報を抽出するための振幅基準レベルを示すものである。 In this embodiment, the ratio (= ΔRib / ΔAb) of the change ΔRib in the circumference of the chest of the subject and the change ΔAb in the circumference of the abdomen, and the relative value of the measured value of the bioelectrical impedance Za of the upper trunk to the centering value Za0. It is found that there is a correlation between the value ΔZa and the relative value ΔZb with respect to the centering value Zb0 of the measured value of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk, and the relative value ΔZa is determined using an expression representing the correlation. And the value of ΔRib / ΔAb corresponding to the relative value ΔZb is obtained. The degree of the abdominal breathing of the subject is estimated based on the obtained ΔRib / ΔAb value. The centering value Za0 indicates an amplitude reference level for extracting information resulting from respiration from a waveform indicating a change with time of the bioelectrical impedance Za. The centering value Zb0 indicates an amplitude reference level for extracting information resulting from respiration from a waveform indicating a change in bioelectrical impedance Zb with time.
図30は、複数の被験者の測定データから得られた、ΔRib/ΔAbと、ΔZb/ΔZaとの関係を示す相関図である。図30からも理解されるように、ΔRib/ΔAbと、ΔZb/ΔZaとの間には相関係数R=0.651、P<0.01という高い相関が得られ、以下の回帰式(1)が成立する。
ΔRib/ΔAb=a0×ΔZb/ΔZa+b0 ・・・(1)
a0:回帰係数,b0:定数。
FIG. 30 is a correlation diagram showing the relationship between ΔRib / ΔAb and ΔZb / ΔZa obtained from the measurement data of a plurality of subjects. As can be understood from FIG. 30, a high correlation of correlation coefficient R = 0.651 and P <0.01 is obtained between ΔRib / ΔAb and ΔZb / ΔZa, and the following regression equation (1 ) Holds.
ΔRib / ΔAb = a0 × ΔZb / ΔZa + b0 (1)
a0: regression coefficient, b0: constant.
また、上記回帰式(1)は以下のように変形できる。
ΔRib/ΔAb=(a0×ΔZb−ΔZa)/ΔZa+b1 ・・・(2)
b1:定数(=b0+1)。
The regression equation (1) can be modified as follows.
ΔRib / ΔAb = (a0 × ΔZb−ΔZa) / ΔZa + b1 (2)
b1: Constant (= b0 + 1).
本実施形態では、上記回帰式(2)を用いて、前述の第1相対値ΔZaRおよび第3相対値ΔZbRに対応するΔRib/ΔAbの値を求める。このΔRib/ΔAbは、被験者の体幹右側での呼吸の種別を判定可能な指標であると捉えることできる。また、本実施形態では、上記回帰式(2)を用いて、前述の第2相対値ΔZaLおよび第4相対値ΔZbLに対応するΔRib/ΔAbの値を求める。このΔRib/ΔAb値は、被験者の体幹左側での呼吸の種別を判定可能な指標であると捉えることできる。これらの詳細な内容については後述する。 In this embodiment, the value of ΔRib / ΔAb corresponding to the first relative value ΔZaR and the third relative value ΔZbR is obtained using the regression equation (2). This ΔRib / ΔAb can be regarded as an index that can determine the type of breathing on the right side of the subject's trunk. In the present embodiment, the value of ΔRib / ΔAb corresponding to the second relative value ΔZaL and the fourth relative value ΔZbL is obtained using the regression equation (2). This ΔRib / ΔAb value can be regarded as an index that can determine the type of breathing on the left side of the subject's trunk. Details of these will be described later.
次に、第3実施形態における呼吸レベル検出処理の具体的な内容を説明する。図31および図32は、第3実施形態における呼吸レベル検出処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。図31に示すように、本実施形態における呼吸レベル検出処理では、ステップS810の第2の右肺呼吸レベル抽出処理の後、第1相対値ΔZaR(n)および第3相対値ΔZbR(n)に対応するΔRib/ΔAb(n)を推定する右側(体幹右側)のΔRib/ΔAb推定演算処理を実行する(ステップS815)。また、図32に示すように、ステップS860の第2の左肺呼吸レベル抽出処理の後、第2相対値ΔZaL(n)および第4相対値ΔZbL(n)に対応するΔRib/ΔAbを推定する左側(体幹左側)のΔRib/ΔAb推定演算処理を実行する(ステップS865)点で、上述の第2実施形態と相違する。その他の部分は、上述の第2実施形態における呼吸レベル検出処理の内容と同じであるので、詳細な説明は省略する。 Next, specific contents of the respiration level detection process in the third embodiment will be described. FIG. 31 and FIG. 32 are flowcharts for explaining specific contents of the respiration level detection process in the third embodiment. As shown in FIG. 31, in the respiration level detection process in the present embodiment, after the second right lung respiration level extraction process in step S810, the first relative value ΔZaR (n) and the third relative value ΔZbR (n) are obtained. The right (trunk right) ΔRib / ΔAb estimation calculation process for estimating the corresponding ΔRib / ΔAb (n) is executed (step S815). Further, as shown in FIG. 32, after the second left lung respiration level extraction process in step S860, ΔRib / ΔAb corresponding to the second relative value ΔZaL (n) and the fourth relative value ΔZbL (n) is estimated. It differs from the above-described second embodiment in that ΔRib / ΔAb estimation calculation processing on the left side (left side of the trunk) is executed (step S865). Since the other part is the same as the content of the respiration level detection process in the second embodiment described above, a detailed description is omitted.
図33は、ステップS815でCPU170が実行する右側のΔRib/ΔAb推定演算処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図33に示すように、まずCPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1相対値ΔZaR(n)の値が「0」以上であるか否かを判定する(ステップS1000)。
FIG. 33 is a flowchart showing specific contents of the right ΔRib / ΔAb estimation calculation process executed by
ステップS1000の結果が否定の場合、CPU170は、被験者の呼吸が呼気であると判断し、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)の推定演算を行う(ステップS1010)。より具体的には、CPU170は、上述の回帰式(2)にしたがって演算処理を実行することで、第1相対値ΔZaR(n)および第3相対値ΔZbR(n)に対応するΔRib/ΔAb(n)を求める。一方、ステップS1000の結果が肯定の場合、CPU170は、被験者の呼吸が吸気であると判断し、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)の値を初期値に設定する。本実施形態では、ステップS1000の結果が肯定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)の値を、初期値である「1.0」に設定する。
If the result of step S1000 is negative, the
次に、CPU170は、右側のΔRib/ΔAb(n)の値が、−2.5以上であり、且つ4.5以下であるか否かを判定する(ステップS1020)。ステップS1020の結果が否定の場合、CPU170は、右側のΔRib/ΔAbの値を、初期値である「1.0」に設定してステップS1030へ進む。ステップS1020の結果が肯定の場合、CPU170は、そのままステップS1030へ進む。
Next, the
ステップS1030において、CPU170は、右側のΔRib/ΔAb(n)の絶対値と、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n−1)の絶対値との差分(|ΔRib/ΔAb(n)|−|ΔRib/ΔAb(n−1)|)が0.3よりも大きいか否かを判定する。ステップS1030の結果が否定である場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n−1)と、右側のΔRib/ΔAb(n)との平均を求め、その求めた平均値を、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)として採用([ΔRib/ΔAb(n−1)+ΔRib/ΔAb(n)]/2→ΔRib/ΔAb(n))して次のステップS1040(図34参照)へ進む。一方、ステップS1030の結果が肯定である場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)の値を、初期値である「1.0」に設定して次のステップS1040へ進む。
In step S1030, the
図34を参照しながら、右側のΔRib/ΔAb推定演算処理の具体的な内容の説明を続ける。図34に示すように、ステップS1040において、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける第1相対値ΔZaR(n)が「0」よりも小さいか否かを判定する。ステップS1040の結果が肯定の場合、CPU170は、被験者の呼吸が呼気であると判断し、直前の積分回数のカウント値Niに1を加算する。より具体的には、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける積分回数のカウント値Ni(n−1)に1を加算した値を、第n番目のサンプリングタイミングにおける積分回数のカウント値Ni(n)として採用する。
With reference to FIG. 34, the description of the specific content of the right ΔRib / ΔAb estimation calculation processing will be continued. As shown in FIG. 34, in step S1040, the
一方、ステップS1040の結果が否定の場合、CPU170は、被験者の呼吸が吸気であると判断し、積分回数のカウント値Niの値を「0」に初期化する。すなわち、この場合、第n番目のサンプリングタイミングにおける積分回数のカウント値Ni(n)は「0」に設定されるという具合である。
On the other hand, if the result of step S1040 is negative, the
続いて、図34に示すように、CPU170は、第1相対値ΔZaR(n)が「0」よりも小さいか否かを再び判定する(ステップS1050)。ステップS1050の結果が肯定の場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAbの積分値(ΣΔRib/ΔAb(n−1))と、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAb(n)との和を求めることで、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAbの積分値(ΣΔRib/ΔAb(n))を求めて次のステップS1060へ進む。一方、ステップS1050の結果が否定の場合、つまりは、被験者の呼吸状態が吸気であると判断した場合は、CPU170は、前述のピーク/ボトム判別フラッグF1(n)を「+1」に設定して次のステップS1060へ進む。
Subsequently, as illustrated in FIG. 34, the
次に、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける積分回数のカウント値Ni(n)がゼロであるか否かを判定する(ステップS1060)。ステップS1060の結果が否定の場合、CPU170は、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAbの積分値[ΣΔRib/ΔAb(n)]を、第n番目のサンプリングタイミングにおける積分回数のカウント値Ni(n)で割ることで、右側のΔRib/ΔAbの平均値を求める。一方、ステップS1060の結果が肯定の場合、CPU170は、直前の第n−1番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAbの平均値([ΣΔRib/ΔAb(n−1)]/Ni(n−1))を、第n番目のサンプリングタイミングにおける右側のΔRib/ΔAbの平均値として採用する。以上で、図31のステップS815における右側のΔRib/ΔAb推定演算処理が終了する。
Next, the
被験者の呼吸が腹式呼吸の場合、上述のΔRib/ΔAbの平均値([ΣΔRib/ΔAb]/Ni)は、図35のように変化する。図35において、呼気におけるΔRib/ΔAbの値(平均値)が1.0以下である場合は腹式呼吸であると推定される一方、1.0を上回る場合は胸式呼吸であると推定されるという具合である。なお、図32のステップS865における左側(体幹左側)のΔRib/ΔAb推定演算処理の具体的な内容は、上述の右側のΔRib/ΔAb推定演算処理の内容と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。 When the subject's breathing is abdominal breathing, the average value ([ΣΔRib / ΔAb] / Ni) of ΔRib / ΔAb described above changes as shown in FIG. In FIG. 35, when the value (average value) of ΔRib / ΔAb in exhalation is 1.0 or less, it is estimated that abdominal breathing is performed, and when it exceeds 1.0, it is estimated that chest breathing is performed. That is. Note that the specific contents of the ΔRib / ΔAb estimation calculation process on the left side (left side of the trunk) in step S865 in FIG. 32 are the same as the contents of the above-described right ΔRib / ΔAb estimation calculation process, and thus detailed description is given here. Description is omitted.
次に、CPU170が実行する呼吸レベル表示処理について説明する。本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1、第1の左肺呼吸レベルBL1、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2を表示するように表示部160を制御するだけでなく(ここまでは上述の第2実施形態と同じ内容)、図36に示すように、被験者の体幹右側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさを第5バーグラフBG5で表示するとともに、体幹左側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさを第6バーグラフBG6で表示するように、表示部160を制御する点で上述の第2実施形態と相違する。より具体的には、以下のとおりである。
Next, a respiration level display process executed by the
まず第5バーグラフBG5による表示の態様について説明する。本実施形態では、CPU170は、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1に応じて、着色表示すべき第5バーグラフBG5の段階数を決定する。そして、CPU170は、直前の1呼吸における体幹右側のΔRib/ΔAbの平均値に応じて、着色表示すべき第5バーグラフBG5の段階数を胸式と腹式とに割り振るという具合である。
First, a display mode using the fifth bar graph BG5 will be described. In the present embodiment, the
次に、第6バーグラフBG6による表示の態様について説明する。本実施形態では、CPU170は、前述の呼吸レベル検出処理で検出された直前の1呼吸における第1の左肺呼吸レベルBL1に応じて、着色表示すべき第6バーグラフBG6の段階数を決定する。そして、CPU170は、直前の1呼吸における体幹左側のΔRib/ΔAbの平均値に応じて、着色表示すべき第6バーグラフBG6の段階数を胸式と腹式とに割り振るという具合である。
Next, the display mode by the sixth bar graph BG6 will be described. In the present embodiment, the
以上に説明したように、本実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベル(第1の右肺呼吸レベルBR1、第2の右肺呼吸レベルBR2)および左肺の換気能力を示す左肺吸レベル(第1の左肺呼吸レベルBL1、第2の左肺呼吸レベルBL2)だけでなく、被験者の体幹右側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさ、および、体幹左側の腹式呼吸および胸式呼吸の各々の大きさを表示するように制御するので、被験者は、右肺呼吸レベルと左肺呼吸レベルとの差異だけでなく、自分の体幹右側における腹式呼吸の程度と体幹左側における腹式呼吸の程度との差異を容易に認識できる。これにより、被験者は、左右の換気能力差をより明確に認識できるという具合である。
As described above, in the present embodiment, the
なお、以上に説明した態様に限らず、例えば被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1、第1の左肺呼吸レベルBL1、体幹右側の腹式呼吸の程度、および、体幹左側の腹式呼吸の程度が表示される一方、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2は表示されない態様であってもよい。つまり、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2は測定されず、第1の右肺呼吸レベルBR1、第1の左肺呼吸レベルBL1、体幹右側の腹式呼吸の程度、および、体幹左側の腹式呼吸の程度が測定される態様であってもよい。また、例えば被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第2の右肺呼吸レベルBR2、第2の左肺呼吸レベルBL2、体幹右側の腹式呼吸の程度、および、体幹左側の腹式呼吸の程度が表示される一方、第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1は表示されない態様であってもよい。つまり、第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1は測定されず、第2の右肺呼吸レベルBR2、第2の左肺呼吸レベルBL2、体幹右側の腹式呼吸の程度、および、体幹左側の腹式呼吸の程度が測定される態様であってもよい。 For example, for each breath of the subject, the first right lung respiratory level BR1, the first left lung respiratory level BL1, and the level of abdominal breathing on the right side of the trunk for each breath of the subject. The second right lung respiration level BR2 and the second left lung respiration level BL2 may not be displayed while the abdominal breathing degree on the left side of the trunk is displayed. That is, the second right lung breathing level BR2 and the second left lung breathing level BL2 are not measured, and the first right lung breathing level BR1, the first left lung breathing level BL1, and the right abdominal breathing of the trunk right side are not measured. It may be an aspect in which the degree and the degree of abdominal breathing on the left side of the trunk are measured. Also, for example, for each breath of the subject, the second right lung breathing level BR2, the second left lung breathing level BL2, the degree of abdominal breathing on the right side of the trunk, and the abdominal style on the left side of the trunk While the degree of respiration is displayed, the first right lung respiration level BR1 and the first left lung respiration level BL1 may not be displayed. That is, the first right lung breathing level BR1 and the first left lung breathing level BL1 are not measured, the second right lung breathing level BR2, the second left lung breathing level BL2, and the right abdominal breathing of the trunk right side. It may be an aspect in which the degree and the degree of abdominal breathing on the left side of the trunk are measured.
<D:第4実施形態>
第4実施形態ではリサージュ図形を表示する場合について説明する。なお、生体測定装置のハードウェア構成は基本的に第1実施形態で説明したものと同じであるので、第1実施形態と同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
<D: Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, a case where a Lissajous figure is displayed will be described. Since the hardware configuration of the biometric apparatus is basically the same as that described in the first embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used and description thereof is omitted.
<D−1:右肺用のリサージュ図形と左肺用のリサージュ図形の表示>
第1生体電気インピーダンスZaRの測定値と第3生体電気インピーダンスZbRの測定値の経時的変化を示す右肺用のリサージュ図形や、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値と第4生体電気インピーダンスZbLの測定値の経時的変化を示す左肺用のリサージュ図形を表示することで、呼吸の種別やその大きさなどを被験者に報知することができる。以下、X軸を第3生体電気インピーダンスZbRとし、Y軸を第1生体電気インピーダンスZaRとする右肺用のリサージュ図形と、X軸を第4生体電気インピーダンスZbLとし、Y軸を第2生体電気インピーダンスZaLとする左肺用のリサージュ図形の場合を例に説明を行う。
<D-1: Display of Lissajous figure for right lung and Lissajous figure for left lung>
The Lissajous figure for the right lung showing the change over time of the measured value of the first bioelectric impedance ZaR and the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR, the measured value of the second bioelectrical impedance ZaL and the fourth bioelectrical impedance ZbL By displaying the Lissajous figure for the left lung indicating the change over time of the measured value, it is possible to notify the subject of the type of breathing and its size. Hereinafter, a Lissajous figure for the right lung having the X axis as the third bioelectrical impedance ZbR, the Y axis as the first bioelectrical impedance ZaR, the X axis as the fourth bioelectrical impedance ZbL, and the Y axis as the second bioelectrical impedance A case of a Lissajous figure for the left lung having an impedance ZaL will be described as an example.
胸式呼吸の場合、図10に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに減少方向に変化する。したがって、1呼吸に占める胸式呼吸の割合が極めて高い場合、例えば図37に示すように、右肺用や左肺用の1呼吸分のリサージュ図形の軌跡は、右上がりの直線状になる。また、胸式呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、胸式呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。 In the case of thoracic respiration, as shown in FIG. 10, the bioelectrical impedance Za at the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb at the middle trunk change in an increasing direction in inspiration, and the bioelectrical impedance Za in the upper trunk in exhalation. In addition, the bioelectric impedance Zb in the middle of the trunk changes in a decreasing direction. Therefore, when the ratio of chest breathing to one breath is extremely high, for example, as shown in FIG. 37, the locus of the Lissajous figure for one breath for the right lung or the left lung becomes a straight line that rises to the right. Also, if the chest breathing is shallow, the locus of the Lissajous figure becomes small, and if the chest breathing is deep, the locus of the Lissajous figure becomes large.
これに対し、腹式呼吸の場合、図9に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaは減少方向に変化する一方、体幹中部の生体電気インピーダンスZbは増加方向に変化する。したがって、被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、例えば図38に示すように、右肺用や左肺用の1呼吸分のリサージュ図形の軌跡は、屈曲した形状になる。 On the other hand, in the case of abdominal breathing, as shown in FIG. 9, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk change in an increasing direction during inspiration, and the upper trunk of the trunk during exhalation. The bioelectric impedance Za changes in the decreasing direction, while the bioelectric impedance Zb in the middle of the trunk changes in the increasing direction. Therefore, when the subject's breathing includes abdominal breathing, for example, as shown in FIG. 38, the trajectory of the Lissajous figure for one breath for the right lung or the left lung becomes a bent shape.
なお、図38に示すリサージュ図形は、1呼吸に占める胸式呼吸と腹式呼吸の割合が50%ずつになる場合のものである。この場合、リサージュ図形の軌跡はブーメラン状(“く”の字状)になり、軌跡の形状が上下でほぼ対称になる。但し、腹式呼吸の占める割合が胸式呼吸よりも低ければ、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する右上がりの直線部分の占める割合が大きくなり、そこから屈曲した部分(図38では右下がりの直線部分)の占める割合が小さくなる。逆に、腹式呼吸の占める割合が胸式呼吸よりも高ければ、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する右上がりの直線部分の占める割合が小さくなり、そこから屈曲した部分の占める割合が大きくなる。このように被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸と腹式呼吸の割合に応じて屈曲形状が様々に変化する。 Note that the Lissajous figure shown in FIG. 38 is a case where the ratio of the chest breathing and the abdominal breathing to one breath is 50%. In this case, the locus of the Lissajous figure has a boomerang shape ("<" shape), and the shape of the locus is almost symmetrical vertically. However, if the proportion of the abdominal breathing is lower than that of the chest breathing, the Lissajous locus will have a larger proportion of the straight line that goes up to the right corresponding to the trajectory in the case of the chest breathing, and the portion bent from there The proportion occupied by the straight line portion (lower straight line in FIG. 38) decreases. On the other hand, if the proportion of abdominal breathing is higher than that of chest breathing, the locus of the Lissajous figure becomes smaller in the proportion of the straight line that goes up to the right corresponding to the locus of chest breathing, and then bends from there. The proportion of the part increases. In this way, when the subject's breathing includes abdominal breathing, the trajectory of the Lissajous figure varies in bending shape depending on the ratio of chest breathing and abdominal breathing.
また、理論上、1呼吸に占める腹式呼吸の割合が100%になる場合、リサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合の軌跡とは反対方向に傾斜した直線状(図38の場合、右下がりの直線状)になる。しかしながら、例えば息を止めて胸式呼吸を全く行わないようにした状態で腹部を凹ませたり膨らませたりした場合であっても、横隔膜の上下に伴って肺が収縮したり拡張したりするため、疾患などで横隔膜が全く機能しない場合を除き、被験者が呼吸を行う場合には胸式呼吸が必ず含まれることになる。したがって、実際には、1呼吸に占める腹式呼吸の割合がどんなに高い場合であっても、リサージュ図形の軌跡には、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する右上がりの直線部分が必ず含まれ、屈曲した形状となる。また、図38に示すように、胸式呼吸の場合の軌跡に相当する右上がりの直線部分(近似直線LN1)に対し、そこから折れ曲がった部分(近似直線LN2)がどれだけ屈曲しているのかを示す屈曲角度AGは、腹式呼吸が浅ければ小さくなり、腹式呼吸が深ければ大きくなる。また、腹式呼吸の場合も、呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。 In theory, when the ratio of abdominal breathing to one breath is 100%, the locus of the Lissajous figure is a straight line inclined in the opposite direction to the locus of chest breathing (in the case of FIG. 38, the right A downward straight line). However, for example, even when the abdomen is recessed or inflated with the breath stopped and no chest breathing performed, the lungs contract and expand with the diaphragm above and below, Except when the diaphragm does not function at all due to disease or the like, chest breathing is always included when the subject breathes. Therefore, in fact, no matter how high the proportion of abdominal breathing per breath, the Lissajous figure always includes a straight line part that rises to the right corresponding to the path for chest breathing. It becomes a bent shape. Further, as shown in FIG. 38, how much the bent portion (approximate straight line LN2) is bent with respect to the straight line part rising to the right (approximate straight line LN1) corresponding to the locus in the case of chest breathing. The bend angle AG is smaller when the abdominal breathing is shallow, and is larger when the abdominal breathing is deep. Also, in the case of abdominal breathing, the trajectory of the Lissajous figure becomes smaller when breathing is shallow, and the trajectory of the Lissajous figure becomes larger when breathing is deep.
なお、図37や図38には1呼吸分のリサージュ図形を示したが、図39や図40に示すように複数回の呼吸の様子を連続して示すリサージュ図形であってもよい。胸式呼吸の占める割合が極めて高い場合は、図39に示すリサージュ図形が得られる。また、被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合は、図40に示すリサージュ図形が得られる。 In addition, although the Lissajous figure for 1 breath was shown in FIG.37 and FIG.38, as shown in FIG.39 and FIG.40, the Lissajous figure which shows the mode of several times of breathing continuously may be sufficient. When the proportion of chest breathing is extremely high, the Lissajous figure shown in FIG. 39 is obtained. When the subject's breathing includes abdominal breathing, the Lissajous figure shown in FIG. 40 is obtained.
また、胸式呼吸と腹式呼吸の他に、腹を凹ませた状態を維持しながら呼息と吸息を行うドローイン呼吸がある。ドローイン呼吸は、普段の生活ではあまり使われることがない体幹部のインナーマッスル(例えば腹横筋や脊柱起立筋など)を効果的に鍛えることができる。インナーマッスルの強化は、呼吸機能を高めるだけでなく、背骨を支える筋肉が強化されて体幹部の筋肉が力を発揮し易くなることから、運動機能などの強化にもつながる。例えば、ドローイン呼吸は、運動機能の向上を目的としてアスリートのトレーニングに取り入れられている。また、理学療法やリハビリテーションの現場では、腰痛の改善や腰痛の予防対策としてドローイン呼吸が利用されている。また、ドローイン呼吸はダイエットにも効果がある。 In addition to chest-type breathing and abdominal-type breathing, there is draw-in breathing in which exhalation and inhalation are performed while maintaining a depressed state. Draw-in breathing can effectively train inner trunk muscles that are not often used in everyday life (for example, the transverse abdominal muscles and the spine upright muscles). Strengthening the inner muscle not only enhances breathing function, but also strengthens the muscles that support the spine, making it easier for the muscles of the trunk to exert their power, leading to enhancement of motor functions and the like. For example, draw-in breathing has been incorporated into athlete training for the purpose of improving motor function. In physical therapy and rehabilitation, draw-in breathing is used to improve low back pain and prevent low back pain. Draw-in breathing is also effective for dieting.
ドローイン呼吸の場合、図41に示すように、吸気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに増加方向に変化し、呼気では体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbはともに減少方向に変化する。この変化は胸式呼吸の場合と同じである。これはドローイン呼吸の場合、腹を凹ませた状態を維持しながら胸式呼吸によって呼息と吸息を行っているためである。但し、ドローイン呼吸の場合は、腹を凹ませるために腹部に力を入れているので、図41に示すように体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅基準レベルが胸式呼吸の場合よりも高くなる。このためドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合のリサージュ図形を比較すると、図42に示すように、両者の軌跡はともに右上がりの直線状になるが、体幹中部の生体電気インピーダンスZbを割り当てた軸方向(図42では体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスZbRを割り当てたX軸方向)に軌跡の位置がずれる。また、ドローイン呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、ドローイン呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。 In the case of draw-in breathing, as shown in FIG. 41, the bioelectrical impedance Za at the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb at the middle trunk change in an increasing direction in inspiration, and the bioelectrical impedance Za in the upper trunk in exhalation and Both the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk change in the decreasing direction. This change is the same as for chest breathing. This is because in the case of draw-in breathing, exhalation and inhalation are performed by chest breathing while maintaining a state where the abdomen is recessed. However, in the case of draw-in breathing, since the abdomen is pressed to dent the abdomen, the amplitude reference level of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is higher than that in the case of the chest breathing as shown in FIG. Become. For this reason, when comparing the Lissajous figures in the case of draw-in respiration and chest respiration, as shown in FIG. 42, the trajectories of both are linearly rising to the right, but the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is assigned. The locus is shifted in the axial direction (in FIG. 42, the X-axis direction to which the third bioelectric impedance ZbR on the right side of the trunk is assigned). Also, if the draw-in breathing is shallow, the locus of the Lissajous figure becomes small, and if the draw-in breathing is deep, the locus of the Lissajous figure becomes large.
図43は、リサージュ図形表示処理の処理内容を示すフローチャートである。
同図に示すフローチャートのうち、ステップS1101〜S1107までの処理は、第2実施形態で説明した呼吸レベル検出処理(図22,図23)のステップS700〜S760までの処理と同じである。すなわち、本実施形態においてもCPU170は、サンプリングタイミングに到達すると(ステップS1101:YES)、生体電気インピーダンス測定部200を制御して第1生体電気インピーダンスZaRと第3生体電気インピーダンスZbRを測定する(ステップS1102,S1103)。また、CPU170は、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値と第3生体電気インピーダンスZbRの測定値に対し、スムージング処理を行う(ステップS1104)。次に、CPU170は、生体電気インピーダンス測定部200を制御して第2生体電気インピーダンスZaLと第4生体電気インピーダンスZbLを測定する(ステップS1105,S1106)。また、CPU170は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値と第4生体電気インピーダンスZbLの測定値に対し、スムージング処理を行う(ステップS1107)。
FIG. 43 is a flowchart showing the contents of the Lissajous figure display process.
In the flowchart shown in the figure, the processing from step S1101 to S1107 is the same as the processing from step S700 to S760 of the respiration level detection processing (FIGS. 22 and 23) described in the second embodiment. That is, also in the present embodiment, when the sampling timing is reached (step S1101: YES), the
この後、CPU170は、X軸を第3生体電気インピーダンスZbRとし、Y軸を第1生体電気インピーダンスZaRとする右肺用のリサージュ図形の表示データを生成する(ステップS1108)。また、CPU170は、X軸を第4生体電気インピーダンスZbLとし、Y軸を第2生体電気インピーダンスZaLとする左肺用のリサージュ図形の表示データを生成する(ステップS1109)。ここで、第2記憶部130にはリサージュ図形描画領域が設けられている。このリサージュ図形描画領域は、表示部160に表示する右肺用のリサージュ図形や左肺用のリサージュ図形の表示データを一時的に記憶しておく記憶領域である。例えば、右肺用のリサージュ図形の表示データを生成する場合、CPU170は、リサージュ図形描画領域のうち、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値(X座標値)と第1生体電気インピーダンスZaRの測定値(Y座標値)によって定まる位置にドットをプロットし、右肺用のリサージュ図形の軌跡を更新する。また、左肺用のリサージュ図形の表示データを生成する場合、CPU170は、リサージュ図形描画領域のうち、第4生体電気インピーダンスZbLの測定値(X座標値)第2生体電気インピーダンスZaLの測定値(Y座標値)によって定まる位置にドットをプロットし、左肺用のリサージュ図形の軌跡を更新する。
Thereafter, the
この後、CPU170は、リサージュ図形描画領域から右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の表示データを読み出して表示部160に出力する。これにより右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形が表示部160に表示される(ステップS1110)。なお、同図に示す処理はサンプリングタイミングごとに行われるので、ステップS1108,S1109では、サンプリングタイミングごとに右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の軌跡を更新することになる。また、2つのリサージュ図形の表示もサンプリングタイミングごとに更新される。
Thereafter, the
したがって、表示部160には、被験者が呼吸を行っている場合、リアルタイムで右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形が表示される。例えば、胸式呼吸の占める割合が極めて高い場合、右肺用のリサージュ図形として図37や図39に示すリサージュ図形が表示される。また、被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、右肺用のリサージュ図形として図38や図40に示すリサージュ図形が表示される。また、被験者の呼吸が胸式から腹式に徐々に変化する場合、例えば図44に示すように、リサージュ図形の軌跡は、右上がりの直線状から、徐々に下側の部分が右側に折れ曲がりながら伸び、屈曲した形状に変化する。
Therefore, when the subject is breathing, two Lissajous figures for the right lung and the left lung are displayed on the
また、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を並べて表示してもよいが、左右の肺の換気能力の違いを把握し易くするためには、図45に示すように両者を重ねて表示するのがよい。この場合、CPU170は、リサージュ図形描画領域に右肺用のリサージュ図形と左肺用のリサージュ図形を重ねて描画すればよい。また、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を重ねて表示する場合には、両者を容易に見分けられるようにするため、右肺用のリサージュ図形の軌跡と、左肺用のリサージュ図形の軌跡との表示態様を変えるのがよい。例えば、CPU170は、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の表示データを生成する場合に、右肺用のリサージュ図形については軌跡の色を青にし、左肺用のリサージュ図形については軌跡の色を赤にすることができる。また、CPU170は、軌跡の色を変えることの他に、例えば、軌跡を示す線の太さや線種(例えば実線と破線など)を変えることができる。なお、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を並べて表示する場合に、両者の軌跡の表示態様を変えてもよい。
In addition, two Lissajous figures for the right and left lungs may be displayed side by side, but in order to make it easier to grasp the difference in ventilation capacity between the left and right lungs, they are overlapped as shown in FIG. It is good to display. In this case, the
また、図46に示すように、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の差異を強調表示してもよい。この場合、CPU170は、例えば、サンプリングタイミングごとに、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値(X座標値)と第1生体電気インピーダンスZaRの測定値(Y座標値)によって定まる右肺用のリサージュ図形上の座標(XR,YR)と、第4生体電気インピーダンスZbLの測定値(X座標値)と第2生体電気インピーダンスZaLの測定値(Y座標値)によって定まる左肺用のリサージュ図形上の座標(XL,YL)とを比較する。そして、CPU170は、両者が異なる場合に、座標(XR,YR)と座標(XL,YL)を結ぶバー(直線)の表示データを生成する。このように右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の差異を強調して表示することができると、左右の肺の換気能力の違いを把握し易くなる。
As shown in FIG. 46, the difference between the two Lissajous figures for the right lung and the left lung may be highlighted. In this case, the
なお、CPU170は、バーの色を呼気相と吸気相で変えてもよい。図24に示した第1生体電気インピーダンスZaRの測定波形において、第1センタリング値ZaR0よりも上側の部分は吸気相、第1センタリング値ZaR0よりも下側の部分は呼気相になる。したがって、例えば、直前の1呼吸における第1センタリング値ZaR0の平均値が図46において図中二点差線で示す直線の部分であった場合、この直線の上下でバーの色を変えればよい。但し、このように呼気相と吸気相でバーの色を変えるためには、第1生体電気インピーダンスZaRについて第1実施形態で説明した第1センタリング処理を行う必要がある。あるいは第1生体電気インピーダンスZaRの代わりに第2生体電気インピーダンスZaLについて、第1実施形態で説明した第2センタリング処理を行う必要がある。
Note that the
また、CPU170は、同じサンプリングタイミングにおける座標(XR,YR)と座標(XL,YL)を比較し、一方のX座標値から他方のX座標値を減算した解が正か負かでバーの色を変えたり、一方のY座標値から他方のY座標値を減算した解が正か負かでバーの色を変えたりしてもよい。また、CPU170は、同じサンプリングタイミングにおける座標(XR,YR)と座標(XL,YL)を比較し、両座標間の距離に応じてバーの色のトーンを変えてもよい。例えば、両座標間の距離が大きければ色を濃くし、両座標間の距離が小さければ色を薄くすることができる。また、CPU170は、バーを表示する代わりに、バーを表示しているエリアを淡い色で塗りつぶしてもよい。
Further, the
また、CPU170は、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の差分面積(図46においてバーが表示されているエリア)を求め、差分面積の大きさから左右の肺で換気能力がどの程度違うのかを例えば5段階にランク分けして被験者に報知してもよい。この場合、差分面積の代わりにバー(差分線)の総和を用いてもよい。また、CPU170は、図47に示すように、サンプリングタイミングごとに座標(XR,YR)と座標(XL,YL)の中間座標を算出してこの位置にドットをプロットし、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の平均値を表示するようにしてもよい。また、CPU170は、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を並べて表示する場合に、例えば、右肺用のリサージュ図形の軌跡のうち左肺用のリサージュ図形の軌跡と異なる部分をより太い線で強調表示する一方、左肺用のリサージュ図形の軌跡のうち右肺用のリサージュ図形の軌跡と異なる部分をより太い線で強調表示してもよい。
In addition, the
図37や図39に示したように、胸式呼吸の占める割合が極めて高い場合、右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡は、右上がりの直線状になる。また、胸式呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、胸式呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。一方、図38や図40に示したように、被験者の呼吸に腹式呼吸が含まれる場合、右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡は、屈曲した形状になる。また、腹式呼吸の場合も、呼吸が浅ければ、リサージュ図形の軌跡が小さくなるとともに屈曲角度AGも小さくなり、呼吸が深ければ、リサージュ図形の軌跡が大きくなるとともに屈曲角度AGも大きくなる。 As shown in FIGS. 37 and 39, when the proportion of chest breathing is extremely high, the locus of the Lissajous figure for the right lung or the left lung becomes a straight line that rises to the right. Also, if the chest breathing is shallow, the locus of the Lissajous figure becomes small, and if the chest breathing is deep, the locus of the Lissajous figure becomes large. On the other hand, as shown in FIGS. 38 and 40, when the subject's breathing includes abdominal breathing, the locus of the Lissajous figure for the right lung or the left lung becomes a bent shape. In the case of abdominal breathing, if the breathing is shallow, the locus of the Lissajous figure becomes small and the bending angle AG becomes small. If the breathing is deep, the locus of the Lissajous figure becomes large and the bending angle AG becomes large.
このように胸式呼吸の場合と腹式呼吸の場合ではリサージュ図形の軌跡の形状が異なる。また、胸式呼吸や腹式呼吸の大きさ(深さ)によってリサージュ図形の軌跡の大きさや形状が変化する。したがって、被験者はリサージュ図形を見ることで、現在の自分の呼吸が胸式呼吸なのか腹式呼吸なのか、あるいは現在の自分の呼吸が胸式呼吸と腹式呼吸のうちどちらの占める割合が高いのかを把握することができる。また、胸式呼吸や腹式呼吸の大きさについてもリサージュ図形から把握することができる。 Thus, the shape of the locus of the Lissajous figure is different between the chest breathing and the abdominal breathing. Further, the size and shape of the locus of the Lissajous figure changes depending on the magnitude (depth) of chest-type breathing and abdominal-type breathing. Therefore, the subject can look at the Lissajous figure to determine whether their current breathing is chest or abdominal breathing, or whether their current breathing is more of the chest or abdominal breathing. Can be grasped. In addition, the magnitude of chest breathing and abdominal breathing can be grasped from the Lissajous figure.
また、被験者は、胸式呼吸の訓練を行う場合、リサージュ図形の軌跡が右上がりの直線状になり、そのサイズが大きくなるように意識して呼吸を行えばよい。また、腹式呼吸の訓練を行う場合には、リサージュ図形の軌跡が屈曲した形状になり、そのサイズや屈曲角度AGが大きくなるように意識して呼吸を行えばよい。このようにリサージュ図形を見ながら呼吸の訓練を行うことができると、胸式呼吸や腹式呼吸が正しくできているか否かやその大きさを随時確認しながら訓練を進めることができる。 In addition, when the subject performs chest-type breathing training, the subject may breathe consciously so that the locus of the Lissajous figure becomes a straight line that rises to the right and the size thereof increases. Further, when abdominal breathing exercises are performed, breathing may be performed with an awareness that the locus of the Lissajous figure is bent and the size and bending angle AG are increased. If breathing training can be performed while looking at the Lissajous figure in this way, the training can be advanced while confirming whether or not chest breathing and abdominal breathing are correctly performed and their sizes as needed.
また、図42に示したように、ドローイン呼吸の場合、右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合と同様に右上がりの直線状になるが、軌跡の位置がX軸方向にずれる。したがって、被験者はリサージュ図形を見ることで、現在の自分の呼吸がドローイン呼吸であるか否かも把握することができる。また、ドローイン呼吸の場合も、呼吸が浅ければリサージュ図形の軌跡は小さくなり、呼吸が深ければリサージュ図形の軌跡は大きくなる。したがって、ドローイン呼吸の大きさについてもリサージュ図形から把握することができる。また、ドローイン呼吸の場合も、リサージュ図形を見ながら訓練を行うことで、ドローイン呼吸が正しくできているか否かやその大きさを随時確認しながら訓練を進めることができる。 In addition, as shown in FIG. 42, in the case of draw-in breathing, the locus of the Lissajous figure for the right lung and the left lung becomes a straight line that rises to the right as in the case of chest breathing, but the position of the locus is Shifts in the X-axis direction. Therefore, the subject can grasp whether or not his / her respiration is a draw-in respiration by looking at the Lissajous figure. In the case of draw-in breathing, the trajectory of the Lissajous figure becomes smaller if the breathing is shallow, and the trajectory of the Lissajous figure becomes larger if the breathing is deep. Therefore, the magnitude of the draw-in breath can also be grasped from the Lissajous figure. Also, in the case of draw-in breathing, training can be carried out while confirming whether or not the draw-in breathing is correctly performed and the size thereof by performing training while looking at the Lissajous figure.
以上のように右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を表示することができると、被験者は、現在の自分の呼吸の種別やその大きさ、さらには胸式呼吸や腹式呼吸やドローイン呼吸が正しくできているか否かを左右の肺ごとに把握することができる。また、呼吸の種別やその大きさ、あるいは胸式呼吸や腹式呼吸やドローイン呼吸が正しくできているか否かを、生体電気インピーダンスの測定値に基づいて客観的に把握することができる。また、2つのリサージュ図形を見比べることで左右の肺の換気能力の違いを容易に把握することができる。 If the two Lissajous figures for the right and left lungs can be displayed as described above, the subject will be able to display his / her current breathing type and size, as well as chest and abdominal breathing and draw-in. Whether or not breathing is correct can be grasped for each of the left and right lungs. In addition, it is possible to objectively grasp the type and size of respiration, or whether chest respiration, abdominal respiration, and draw-in respiration are correctly performed based on the measured value of bioelectrical impedance. Also, by comparing the two Lissajous figures, it is possible to easily grasp the difference in ventilation capacity between the left and right lungs.
また、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を表示することで、左右の肺ごとに呼吸の訓練を行うことが可能になる。健常者の場合、左右の肺で換気能力に差がでることはほとんどないが、例えば、片肺に疾患がある者は、左右の肺で換気能力が大きく異なる。また、過去に肺疾患を経験した者も、左右の肺で換気能力に差がでることがある。例えば、右肺に比べ左肺の換気能力が低い場合など、左肺の換気能力を高めたい場合は、左腕を右肩の後ろに回し、右手で左肘を後ろに押すようにして左肺に負荷を与え、この状態を維持しながら呼吸を行うことで、左肺の換気能力を集中的に鍛えることができる。 Further, by displaying two Lissajous figures for the right lung and the left lung, it becomes possible to perform breathing training for each of the left and right lungs. In the case of a healthy person, there is almost no difference in ventilation capacity between the left and right lungs. For example, a person with a disease in one lung has a large difference in ventilation capacity between the left and right lungs. Also, those who have experienced lung disease in the past may have differences in ventilation capacity between the left and right lungs. For example, if you want to increase the ventilation capacity of the left lung, such as when the ventilation capacity of the left lung is lower than the right lung, turn the left arm behind the right shoulder and push the left elbow back with the right hand to the left lung. By giving a load and breathing while maintaining this state, the ventilation ability of the left lung can be intensively trained.
また、呼吸を効率よく訓練することができると、呼吸筋(例えば、腹横筋、横隔膜、内肋間筋、外肋間筋、胸鎖乳突筋、前斜角筋、中斜角筋、後斜角筋、腹直筋、内腹斜筋、外腹斜筋など)を効果的に鍛えることができる。特に、呼吸筋に含まれる腹横筋は、呼吸だけでなく運動機能にも大きな影響を及ぼす体幹部の筋肉である。また、ドローイン呼吸は、呼吸筋だけでなく、例えば脊柱起立筋など、体幹部のインナーマッスルを強化することができる。したがって、呼吸の訓練は、呼吸機能を高めるだけでなく、運動機能の強化や、腰痛の改善/予防、ダイエットなどにも効果がある。また、例えば、深呼吸(深い腹式呼吸)を行ったり、呼息を吸息よりも長くしたりすることで、副交感神経の働きを高めてリラックスした状態に導くことができるなど、呼吸の訓練は心身の健康状態をよくする効果もある。 In addition, respiratory training (for example, transverse abdominal muscles, diaphragm, internal intercostal muscles, external intercostal muscles, sternocleidomastoid muscles, anterior oblique muscles, mid oblique muscles, posterior oblique muscles) , Straight abdominal muscle, internal oblique muscle, external oblique muscle, etc.) can be effectively trained. In particular, the transverse abdominal muscles included in the respiratory muscles are trunk muscles that greatly affect not only breathing but also motor function. In addition, draw-in breathing can reinforce not only the respiratory muscles but also the inner muscles of the trunk, such as the spine standing muscles. Therefore, breathing exercises are effective not only for improving respiratory function, but also for strengthening motor function, improving / preventing back pain, and dieting. Also, for example, breathing exercises such as taking deep breaths (deep abdominal breathing) or making exhalation longer than inspiration can lead to a more relaxed state by increasing the function of parasympathetic nerves. It also has the effect of improving mental and physical health.
なお、呼吸の訓練には、例えば、呼吸器疾患の患者が低下した呼吸機能を回復する目的で行うリハビリや、アスリートが運動機能を強化する目的で行うトレーニング、健常者が呼吸機能や心身の健康状態を高める目的で行うトレーニング、健常者が、喫煙、生活習慣病、運動不足、加齢などで低下した呼吸機能を改善する目的で行うトレーニングなどが含まれる。 Respiratory training includes, for example, rehabilitation performed for the purpose of recovering reduced respiratory function in patients with respiratory diseases, training performed for the purpose of strengthening motor functions by athletes, and respiratory function and physical and mental health for healthy individuals. Training that is performed for the purpose of improving the state, training that is performed by a healthy person for the purpose of improving respiratory function that has decreased due to smoking, lifestyle-related diseases, lack of exercise, aging, and the like.
また、以上の説明では、X軸を第3生体電気インピーダンスZbRとし、Y軸を第1生体電気インピーダンスZaRとする右肺用のリサージュ図形と、X軸を第4生体電気インピーダンスZbLとし、Y軸を第2生体電気インピーダンスZaLとする左肺用のリサージュ図形を例示したが、右肺用や左肺用のリサージュ図形は、X軸とY軸を入れ替えたものであってもよい。例えば、図48は、X軸を第1生体電気インピーダンスZaRとし、Y軸を第3生体電気インピーダンスZbRとする右肺用のリサージュ図形(腹式呼吸の場合)であるが、X軸とY軸を入れ替えてもリサージュ図形の軌跡は、屈曲した形状になる。なお、このようにX軸とY軸を入れ替えたリサージュ図形において、被験者の呼吸が胸式から腹式に徐々に変化する場合、例えば図49に示すように、リサージュ図形の軌跡は、右上がりの直線状から、徐々に下側の部分が上側に折れ曲がりながら伸び、屈曲した形状に変化する。また、右肺用や左肺用のリサージュ図形は、図55に示すようにX軸とY軸をそれぞれ45度傾けたものであってもよい。要は、右肺用のリサージュ図形は、互いに直交する2軸のうち、一方の軸を第1生体電気インピーダンスZaRとし、他方の軸を第3生体電気インピーダンスZbRとするリサージュ図形であればよい。また、左肺用のリサージュ図形は、互いに直交する2軸のうち、一方の軸を第2生体電気インピーダンスZaLとし、他方の軸を第4生体電気インピーダンスZbLとするリサージュ図形であればよい。 Further, in the above description, the Lissajous figure for the right lung having the X axis as the third bioelectrical impedance ZbR and the Y axis as the first bioelectrical impedance ZaR, the X axis as the fourth bioelectrical impedance ZbL, and the Y axis The Lissajous figure for the left lung with the second bioelectrical impedance ZaL as an example is illustrated, but the Lissajous figure for the right lung or the left lung may be one in which the X axis and the Y axis are interchanged. For example, FIG. 48 shows a Lissajous figure for the right lung (in the case of abdominal breathing) in which the X axis is the first bioelectrical impedance ZaR and the Y axis is the third bioelectrical impedance ZbR. The trajectory of the Lissajous figure becomes a bent shape even if they are replaced. In addition, in the Lissajous figure in which the X axis and the Y axis are switched in this way, when the subject's breathing gradually changes from the chest type to the abdominal type, for example, as shown in FIG. From the straight line shape, the lower part gradually expands while bending upward and changes to a bent shape. Further, the Lissajous figure for the right lung and the left lung may be obtained by inclining the X axis and the Y axis by 45 degrees as shown in FIG. In short, the Lissajous figure for the right lung may be a Lissajous figure in which one of the two axes orthogonal to each other is the first bioelectrical impedance ZaR and the other axis is the third bioelectrical impedance ZbR. Further, the Lissajous figure for the left lung may be a Lissajous figure in which one of the two orthogonal axes is the second bioelectrical impedance ZaL and the other axis is the fourth bioelectrical impedance ZbL.
<D−2:表示位置のセンタリング>
X軸の表示レンジとY軸の表示レンジを調整し、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形の表示位置をセンタリングすることができる。以下、X軸を第3生体電気インピーダンスZbRとし、Y軸を第1生体電気インピーダンスZaRとする右肺用のリサージュ図形と、X軸を第4生体電気インピーダンスZbLとし、Y軸を第2生体電気インピーダンスZaLとする左肺用のリサージュ図形の場合を例に説明を行う。
<D-2: Centering of display position>
The display positions of the two Lissajous figures for the right lung and the left lung can be centered by adjusting the display range of the X axis and the display range of the Y axis. Hereinafter, a Lissajous figure for the right lung having the X axis as the third bioelectrical impedance ZbR, the Y axis as the first bioelectrical impedance ZaR, the X axis as the fourth bioelectrical impedance ZbL, and the Y axis as the second bioelectrical impedance A case of a Lissajous figure for the left lung having an impedance ZaL will be described as an example.
CPU170は、例えば1呼吸ごとに、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値の最大値と最小値を検出し、両者を第1振幅値(第1最大値,第1最小値)として取得する。また、CPU170は、第2生体電気インピーダンスZaLの測定値についても、1呼吸ごとに最大値と最小値を検出し、両者を第2振幅値(第2最大値,第2最小値)として取得する。同様にCPU170は、第3生体電気インピーダンスZbRの測定値と第4生体電気インピーダンスZbLの測定値についても、1呼吸ごとに最大値と最小値を検出し、第3振幅値(第3最大値,第3最小値)と第4振幅値(第4最大値,第4最小値)を取得する。この後、CPU170は、第3振幅値と第4振幅値を用いてX軸の表示レンジを調整する一方、第1振幅値と第2振幅値を用いてY軸の表示レンジを調整する。
The
例えば、CPU170は、表示部160においてリサージュ図形を表示するリサージュ図形表示領域160AのX軸方向の幅を10としたとき、第3振幅値と第4振幅値に関する4つの値(第3最大値,第3最小値,第4最大値,第4最小値)のうちの最大値と最小値の差分が8〜9程度の大きさとなり、かつ4つの値の全てがリサージュ図形表示領域160A内に表示されるように、リサージュ図形描画領域に描画されている右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形のX軸方向の大きさや位置を調整する。同様に、CPU170は、リサージュ図形表示領域160AのY軸方向の幅を10としたとき、第1振幅値と第2振幅値に関する4つの値(第1最大値,第1最小値,第2最大値,第2最小値)のうちの最大値と最小値の差分が8〜9程度の大きさとなり、かつ4つの値の全てがリサージュ図形表示領域160A内に表示されるように、リサージュ図形描画領域に描画されている右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形のY軸方向の大きさや位置を調整する。
For example, when the width in the X-axis direction of the Lissajous
このようにすれば、例えば図50に示すように、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形をリサージュ図形表示領域160Aに対して丁度よい大きさで表示することができる。また、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形をリサージュ図形表示領域160Aの中央に表示することもできる。このためリサージュ図形を見易くすることができる。なお、2軸の表示レンジを調整するタイミング(すなわちセンタリングを行うタイミング)は、任意に定めることができる。但し、少なくとも1呼吸分の軌跡の全体がリサージュ図形表示領域160Aに収まることが望ましいので、CPU170は、1呼吸分以上の測定波形から第1振幅値〜第4振幅値を取得するのがよい。
In this way, for example, as shown in FIG. 50, two Lissajous figures for the right lung and the left lung can be displayed in the Lissajous
ところで、図42に示したように、ドローイン呼吸の場合、右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡は、胸式呼吸の場合と同様に右上がりの直線状になるが、軌跡の位置がX軸方向にずれる。ここで、センタリングを頻繁に行うと、2つのリサージュ図形が常にリサージュ図形表示領域160Aの中央に表示されてしまうため、リサージュ図形からドローイン呼吸と胸式呼吸を見分けることができなくなってしまう。これを防ぐためには、X軸方向についてのセンタリングをあまり行わないようにすればよい。
Incidentally, as shown in FIG. 42, in the case of draw-in breathing, the locus of the Lissajous figure for the right lung and the left lung is a straight line that rises to the right as in the case of the chest breathing, but the position of the locus is Shifts in the X-axis direction. Here, if centering is frequently performed, two Lissajous figures are always displayed in the center of the Lissajous
つまり、第1振幅値と第2振幅値を用いてY軸の表示レンジを調整する処理を第1レンジ調整処理とし、第3振幅値と第4振幅値を用いてX軸の表示レンジを調整する処理を第2レンジ調整処理としたとき、CPU170は、第2レンジ調整処理を行う頻度を、第1レンジ調整処理を行う頻度よりも少なくすればよい。この場合、例えば、第1レンジ調整処理は1呼吸ごとに行う一方、第2レンジ調整処理は測定開始時などに1回だけ行って後は行わないようにすることができる。また、第1レンジ調整処理は1呼吸ごとに行う一方、または第2レンジ調整処理は30呼吸ごとに行うようにしてもよい。また、第1レンジ調整処理は8秒ごとに行う一方、第2レンジ調整処理は5分ごとに行うようにしてもよい。
That is, the process of adjusting the Y-axis display range using the first amplitude value and the second amplitude value is referred to as the first range adjustment process, and the X-axis display range is adjusted using the third amplitude value and the fourth amplitude value. When the process to be performed is the second range adjustment process, the
このようにX軸方向についてのセンタリングをあまり行わないようにすれば、リサージュ図形の軌跡の形状が同じであっても、ドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合では軌跡の表示位置がX軸方向にシフトすることになる。したがって、リサージュ図形からドローイン呼吸と胸式呼吸を見分けることができるようになる。また、第2レンジ調整処理を行う頻度を少なくした分だけ生体測定装置1の消費電力を低減することができる。また、頻度が少ないとはいえ、第2レンジ調整処理も行っているので、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形を、リサージュ図形表示領域160Aに対して丁度よい大きさで表示することやリサージュ図形表示領域160Aの中央に表示することができる。
Thus, if centering in the X-axis direction is not performed so much, even if the shape of the locus of the Lissajous figure is the same, the display position of the locus is the X-axis direction in the case of draw-in breathing and the case of chest-type breathing. Will shift to. Therefore, it becomes possible to distinguish between draw-in breathing and chest breathing from the Lissajous figure. Moreover, the power consumption of the
なお、体幹中部の生体電気インピーダンスZbは、体幹上部の生体電気インピーダンスZaに比べ、腕などの四肢の動きによるアーティファクトの影響を受けにくく、測定値の変動範囲が比較的安定している。このため第3生体電気インピーダンスZbRや第4生体電気インピーダンスZbLを割り当てたX軸方向についてのセンタリングをそれほど頻繁に行わなくても、右肺用や左肺用のリサージュ図形がリサージュ図形表示領域160A内に収まらない、などといった問題はほとんど起こらない。
The bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is less susceptible to artifacts due to the movement of the extremities such as the arms, and the variation range of the measured value is relatively stable, compared to the bioelectrical impedance Za in the upper trunk. For this reason, the Lissajous figure for the right lung and the left lung can be displayed in the Lissajous
また、X軸を第1生体電気インピーダンスZaRとし、Y軸を第3生体電気インピーダンスZbRとする右肺用のリサージュ図形と、X軸を第2生体電気インピーダンスZaLとし、Y軸を第4生体電気インピーダンスZbLとする左肺用のリサージュ図形の場合であれば、Y軸方向についてのセンタリングをあまり行わないようにすればよい。要は、互いに直交する2軸のうち、第3生体電気インピーダンスZbRや第4生体電気インピーダンスZbLを割り当てた軸方向についてのセンタリングの頻度を、第1生体電気インピーダンスZaRや第2生体電気インピーダンスZaLを割り当てた軸方向についてのセンタリングの頻度よりも少なくすればよい。また、図50には腹式呼吸の場合のリサージュ図形を示したが、胸式呼吸やドローイン呼吸の場合のリサージュ図形であってもよい。 Further, a Lissajous figure for the right lung having the X axis as the first bioelectric impedance ZaR and the Y axis as the third bioelectric impedance ZbR, the X axis as the second bioelectric impedance ZaL, and the Y axis as the fourth bioelectricity In the case of a Lissajous figure for the left lung having an impedance ZbL, centering in the Y-axis direction should not be performed so much. In short, of the two axes orthogonal to each other, the frequency of centering in the axial direction to which the third bioelectric impedance ZbR and the fourth bioelectric impedance ZbL are assigned is expressed as the first bioelectric impedance ZaR and the second bioelectric impedance ZaL. What is necessary is just to make it less than the frequency of centering about the allocated axial direction. 50 shows a Lissajous figure in the case of abdominal breathing, it may be a Lissajous figure in the case of chest breathing or draw-in breathing.
また、体幹上部の生体電気インピーダンスZaは、体幹中部の生体電気インピーダンスZbに比べ、その変動範囲が比較的大きいが、これは腕などの四肢の動きによるアーティファクトの影響が大きいためであり、これを無視してセンタリングの頻度を少なくしてもさほど問題にはならない。そこで、第3生体電気インピーダンスZbRや第4生体電気インピーダンスZbLを割り当てた軸方向についてのセンタリングを行う頻度(例えば30呼吸ごとや5分ごと)で、第1生体電気インピーダンスZaRや第2生体電気インピーダンスZaLを割り当てた軸方向についてのセンタリングを行うようにしてもよい。つまり、第3生体電気インピーダンスZbRや第4生体電気インピーダンスZbLを割り当てた軸方向と、第1生体電気インピーダンスZaRや第2生体電気インピーダンスZaLを割り当てた軸方向とでセンタリングを行う頻度を同じにし、センタリングを行う時間間隔を30呼吸ごとや5分ごとなどに広げてもよい。 In addition, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk is relatively large in variation range compared to the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk, because this is largely affected by artifacts due to the movement of the extremities such as arms. Even if this is ignored and the frequency of centering is reduced, it does not matter much. Therefore, the first bioelectrical impedance ZaR and the second bioelectrical impedance are calculated at a frequency (for example, every 30 breaths or every 5 minutes) in the axial direction to which the third bioelectrical impedance ZbR or the fourth bioelectrical impedance ZbL is assigned. Centering in the axial direction to which ZaL is assigned may be performed. That is, the frequency of centering is made the same in the axial direction to which the third bioelectrical impedance ZbR or the fourth bioelectrical impedance ZbL is assigned and the axial direction to which the first bioelectrical impedance ZaR or the second bioelectrical impedance ZaL is assigned, The time interval for centering may be extended every 30 breaths, every 5 minutes, or the like.
<D−3:軌跡表示処理>
図39や図40に示したように複数回の呼吸の様子を連続して示すリサージュ図形の場合、軌跡の表示態様が同じであると最新の1呼吸分の軌跡が把握しづらい。そこで、右肺用や左肺用のリサージュ図形について、最新の1呼吸とそれ以外の過去の呼吸とで軌跡の表示態様を変えてもよい。以下、右肺用のリサージュ図形の場合を例に説明を行うが、左肺用のリサージュ図形についても右肺用のリサージュ図形の場合と同様の方法によって、軌跡の表示態様を変えることができる。
<D-3: Trajectory display process>
As shown in FIG. 39 and FIG. 40, in the case of a Lissajous figure that continuously shows a plurality of breaths, it is difficult to grasp the latest one-breath trajectory if the trajectory display mode is the same. Therefore, for the right and left lung Lissajous figures, the display mode of the trajectory may be changed between the latest one breath and the other past breaths. Hereinafter, the case of the Lissajous figure for the right lung will be described as an example, but the display mode of the trajectory can also be changed for the Lissajous figure for the left lung by the same method as that for the Lissajous figure for the right lung.
例えば、CPU170は、右肺用のリサージュ図形の表示データを生成する場合に、図51に示すように、最新の1呼吸の軌跡の色を濃くし、それ以外の過去の呼吸の軌跡の色を薄くすることができる。また、CPU170は、最新の1呼吸の軌跡を実線にし、それ以外の過去の呼吸の軌跡を点線にしてもよい。また、CPU170は、最新の1呼吸とそれ以外の過去の呼吸とで軌跡の色を変えてもよい。例えば、CPU170は、第1生体電気インピーダンスZaRや第2生体電気インピーダンスZaLの測定波形に基づいて新たな1呼吸が始まったか否かを判定し、新たな1呼吸が始まると、新たに始まった呼吸についての軌跡の色を赤にし、前回の呼吸の軌跡の色を赤から青に変更する。
For example, when generating the display data of the Lissajous figure for the right lung, the
なお、CPU170は、経過時間に応じて右肺用や左肺用のリサージュ図形の軌跡の表示態様を変えてもよい。例えば、経過時間が増えるほど軌跡の色が薄くなるようにすれば、新しい軌跡ほど色が濃いので、最新の1呼吸分の軌跡など、新しい軌跡を容易に把握することができる。また、リサージュ図形は、図51に示したものに限らず、例えば、X軸とY軸を入れ替えたものや、直交した状態を保ったままX軸とY軸を任意の角度だけ回転させたものであってもよい。また、図51には腹式呼吸の場合のリサージュ図形を示したが、胸式呼吸やドローイン呼吸の場合のリサージュ図形であってもよい。
The
<D−4:アシスト表示>
図52に示すように、被験者の呼吸の様子を示す右肺用のリサージュ図形MRLに対し、目標とする呼吸の様子を示す右肺用のリサージュ図形TRLを重ねて表示してもよい。以下、右肺用のリサージュ図形の場合を例に説明を行うが、左肺用のリサージュ図形についても右肺用のリサージュ図形の場合と同様の方法によって、目標とする呼吸の様子を示す左肺用のリサージュ図形を重ねて表示することが可能である。なお、この章では、被験者の呼吸の様子を示す右肺用のリサージュ図形を実測リサージュ図形MRLと表記し、目標とする呼吸の様子を示す右肺用のリサージュ図形を目標リサージュ図形TRLと表記する。
<D-4: Assist display>
As shown in FIG. 52, a Lissajous figure TRL for the right lung showing a target breathing state may be superimposed on the Lissajous figure MRL for the right lung showing the breathing state of the subject. In the following, the case of the Lissajous figure for the right lung will be described as an example, but the Lissajous figure for the left lung also shows the target breathing state in the same manner as the Lissajous figure for the right lung. It is possible to display the Lissajous figure for use. In this chapter, the Lissajous figure for the right lung indicating the state of breathing of the subject is referred to as an actually measured Lissajous figure MRL, and the Lissajous figure for the right lung indicating the state of target breathing is referred to as a target Lissajous figure TRL. .
目標リサージュ図形TRLは、例えば、被験者の直前の1呼吸の様子を示す実測リサージュ図形MRLなど、被験者の過去の実測リサージュ図形MRLを加工して生成することができる。例えば、被験者が胸式呼吸やドローイン呼吸の訓練を行っている場合、CPU170は、直前の1呼吸の様子を示す実測リサージュ図形MRL(右上がりの直線状の軌跡)の大きさを1.1倍など所定の倍率で拡大し、これを目標リサージュ図形TRLの表示データとすることができる。また、被験者が腹式呼吸の訓練を行っている場合、CPU170は、直前の1呼吸の様子を示す実測リサージュ図形MRL(屈曲した形状の軌跡)の大きさを所定の倍率で拡大したり、屈曲角度AGの大きさを調整したりして、目標リサージュ図形TRLの表示データを生成することができる。
The target Lissajous figure TRL can be generated by processing a past Lissajous figure MRL of the subject such as a measured Lissajous figure MRL indicating the state of one breath immediately before the subject. For example, when the subject is practicing chest breathing or draw-in breathing, the
また、CPU170は、目標リサージュ図形TRLをリサージュ図形表示領域160Aに表示する一方、第1生体電気インピーダンスZaRの測定値と第3生体電気インピーダンスZbRの測定値に基づいて被験者の現在の呼吸の様子を示す実測リサージュ図形MRLの表示データを生成し、これを目標リサージュ図形TRLと重ねてリサージュ図形表示領域160Aに表示する。このようにすれば、被験者は、実測リサージュ図形MRLと目標リサージュ図形TRLとを見比べながら、右肺についての呼吸の訓練を行うことができる。また、被験者は、実測リサージュ図形MRLの軌跡が目標リサージュ図形TRLの軌跡と一致するように意識して呼吸を行うことで、目標とする呼吸を体得することができる。
Further, the
また、CPU170は、過去の実測リサージュ図形MRLを加工して目標リサージュ図形TRLを生成するのではなく、被験者に行わせたい呼吸の種別(胸式呼吸、腹式呼吸、ドローイン呼吸など)やその大きさに応じた目標リサージュ図形TRLを生成することもできる。例えば、右肺用(または両肺用)の呼吸訓練メニューとして、小程度の大きさの胸式呼吸を1回行った後、中程度の大きさの腹式呼吸を1回行うことが定められている場合、CPU170は、小程度の大きさの胸式呼吸に対応する目標リサージュ図形TRLを生成してこれを表示し、被験者が最初の1呼吸を終えて次の1呼吸を行う前に、中程度の大きさの腹式呼吸に対応する目標リサージュ図形TRLを生成してこれを表示する。なお、目標リサージュ図形TRLを表示するタイミングを制御すれば、被験者の呼吸のリズムを指導することもできる。
In addition, the
なお、CPU170は、実測リサージュ図形MRLと目標リサージュ図形TRLとで軌跡の表示態様(例えば色や線種など)を変え、両者を容易に見分けられるようにしてもよい。また、CPU170は、図53に示すように、実測リサージュ図形MRLの軌跡と目標リサージュ図形TRLの軌跡とで相違する部分にバーを表示し、両者の差異を強調表示してもよい。また、CPU170は、実測リサージュ図形MRLと目標リサージュ図形TRLの差分面積(図53においてバーが表示されているエリア)を求め、差分面積の大きさから両者がどの程度違うのかを例えば5段階にランク分けして被験者に報知してもよい。この場合、差分面積の代わりにバー(差分線)の総和を用いてもよい。
The
また、必ずしも実測リサージュ図形MRLと目標リサージュ図形TRLを重ねて表示する必要はなく、両者を並べて表示してもよい。また、実測リサージュ図形MRLや目標リサージュ図形TRLは、図52や図53に示したものに限らず、例えば、X軸とY軸を入れ替えたものや、直交した状態を保ったままX軸とY軸を任意の角度だけ回転させたものであってもよい。 Further, it is not always necessary to display the measured Lissajous figure MRL and the target Lissajous figure TRL in an overlapping manner, and both may be displayed side by side. Further, the measured Lissajous figure MRL and the target Lissajous figure TRL are not limited to those shown in FIGS. 52 and 53. For example, the X axis and the Y axis can be maintained while maintaining the orthogonal state. The shaft may be rotated by an arbitrary angle.
<D−5:肺の換気能力の良否判定>
右肺用のリサージュ図形における軌跡の傾斜角から右肺の換気能力の良否を判定することができる。また、左肺用のリサージュ図形における軌跡の傾斜角から左肺の換気能力の良否を判定することができる。以下、右肺用のリサージュ図形の場合を例に説明を行うが、左肺用のリサージュ図形についても右肺用のリサージュ図形の場合と同様の方法によって、左肺の換気能力の良否を判定することが可能である。
<D-5: Judgment of good or bad lung ventilation>
The quality of the right lung ventilation ability can be determined from the inclination angle of the locus in the Lissajous figure for the right lung. Also, the quality of the left lung ventilation ability can be determined from the inclination angle of the locus in the Lissajous figure for the left lung. In the following, the case of the Lissajous figure for the right lung will be described as an example, but the Lungs Lissajous figure for the left lung is also judged to be good or bad by the same method as that for the Lissajous figure for the right lung. It is possible.
例えば図54に示すように胸式呼吸の場合、CPU170は、右肺用の1呼吸分のリサージュ図形の軌跡(サンプリングタイミングごとに得られる第3生体電気インピーダンスZbRの測定値と第1生体電気インピーダンスZaRの測定値によって定まるXY座標値)から、最小二乗法などによって近似直線LNを求める。次に、CPU170は、近似直線LNとX軸とのなす角αを算出し、これを右肺用のリサージュ図形における軌跡の傾斜角αとする。
For example, as shown in FIG. 54, in the case of chest respiration, the
図54に示すように、X軸を第3生体電気インピーダンスZbR、Y軸を第1生体電気インピーダンスZaRとした場合、右肺の換気能力が高いほど1呼吸分の軌跡を示す楕円が立ってくる(傾斜角αが大きくなり90度に近くなる)。逆に、右肺の換気能力が低いほど1呼吸分の軌跡を示す楕円が寝てくる(傾斜角αが小さくなり0度に近くなる)。したがって、CPU170は、傾斜角αを予め定められた基準傾斜角βと比較し、傾斜角αが基準傾斜角β以上の場合は右肺の換気能力が良いと判定し、傾斜角αが基準傾斜角βよりも小さい場合は右肺の換気能力が悪いと判定することができる。なお、基準傾斜角βは、肺の換気能力の良否を判定するための閾値であり、予め多数の被験者から採取した1呼吸分の軌跡の傾斜角に基づいてその値を定めることができる。また、基準傾斜角βの値は、基本的に左右の肺で同じ値を採用することができ、第1記憶部120に記憶されている。
As shown in FIG. 54, when the X-axis is the third bioelectrical impedance ZbR and the Y-axis is the first bioelectrical impedance ZaR, an ellipse indicating the trajectory for one breath rises as the right lung ventilation capacity increases. (Inclination angle α increases and approaches 90 degrees). Conversely, as the ventilation capacity of the right lung is lower, an ellipse indicating the trajectory for one breath falls (the inclination angle α decreases and approaches 0 degrees). Therefore, the
以上のようにすれば右肺の換気能力の良否を右肺用のリサージュ図形の軌跡から簡単に判定することができる。なお、立位、座位、仰臥位など、測定時の姿勢によって1呼吸分の軌跡の傾斜角は異なる。したがって、基準傾斜角βの値は、測定時の姿勢と対応付けて第1記憶部120に複数記憶されていてもよい。この場合、例えば、入力部150から測定時の姿勢を入力するようにして、入力された姿勢に対応する基準傾斜角βの値を第1記憶部120から読み出して使用すればよい。また、第1記憶部120に記憶されている基準傾斜角βを標準値とし、この標準値を、事前に入力された身長、年齢、性別(図5のステップS1)や、事前に測定した体重(図5のステップS2)などを用いた演算によって補正してもよい。
As described above, the quality of the ventilation ability of the right lung can be easily determined from the locus of the Lissajous figure for the right lung. Note that the inclination angle of the trajectory for one breath varies depending on the posture at the time of measurement, such as standing, sitting, and supine. Therefore, a plurality of values of the reference inclination angle β may be stored in the
また、図55に示すように、座標変換処理によって基準傾斜角βを示す直線が垂直になるように右肺用のリサージュ図形を回転させた場合、1呼吸分の軌跡を示す楕円が、垂直方向と同じか垂直方向よりも左側に傾いている場合は右肺の換気能力が良く、垂直方向よりも右側に傾いている場合は右肺の換気能力が悪いと判定することができる。また、図56に示すように腹式呼吸の場合は、右肺用の1呼吸分のリサージュ図形の軌跡のうち、図中実線で示す楕円で囲んだ部分について近似直線LNを求めることで、胸式呼吸の場合と同じように右肺の換気能力の良否を判定することができる。また、ドローイン呼吸の場合は、胸式呼吸の場合と同じようにして右肺の換気能力の良否を判定することができる。 As shown in FIG. 55, when the Lissajous figure for the right lung is rotated by the coordinate conversion process so that the straight line indicating the reference inclination angle β is vertical, an ellipse indicating the trajectory for one breath is in the vertical direction. It can be determined that the right lung has a good ventilation ability and the right lung has a poor ventilation ability when it is tilted to the left than the vertical direction. In the case of abdominal breathing as shown in FIG. 56, an approximate straight line LN is obtained for the portion surrounded by an ellipse indicated by a solid line in the locus of the Lissajous figure for one breath for the right lung. As in the case of the expression breathing, it is possible to determine whether the right lungs have good ventilation ability. In the case of draw-in breathing, the right / left ventilation ability can be determined in the same manner as in chest breathing.
また、換気能力の良否判定に用いるリサージュ図形の軌跡は、必ずしも1呼吸分の軌跡に限らず、2呼吸分の軌跡や半呼吸分の軌跡であってもよい。また、X軸とY軸を入れ替えたリサージュ図形や、直交した状態を保ったままX軸とY軸を任意の角度だけ回転させたリサージュ図形などであっても、軌跡の傾斜角から換気能力の良否を判定することができる。また、第1記憶部120に記憶されている基準傾斜角βの値を任意の値に設定し、右肺や左肺の換気能力が予め定められた基準能力値よりも高いか否かを判定してもよい。
Further, the locus of the Lissajous figure used for the determination of the quality of the ventilation ability is not necessarily limited to the locus for one breath, and may be the locus for two breaths or the locus for half breaths. Moreover, even if a Lissajous figure with the X axis and Y axis swapped, or a Lissajous figure with the X axis and Y axis rotated by an arbitrary angle while maintaining an orthogonal state, the ventilation capacity is determined from the inclination angle of the trajectory. Pass / fail can be determined. Further, the value of the reference inclination angle β stored in the
なお、以上説明した第4実施形態において、右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形のうち、いずれか一方のみを表示するようにしてもよい。例えば、被験者は、右肺について呼吸の訓練を行う場合、入力部150を操作して右肺用のリサージュ図形だけを表示するよう指示することができる。この場合、CPU170は、リサージュ図形表示処理(図43)のうちステップS1105〜S1107,S1109を除く各処理を行い、右肺用のリサージュ図形だけを表示する。また、このようにいずれか一方のリサージュ図形のみを表示する場合においても、上述した軌跡表示処理や、アシスト表示、肺の換気能力の良否判定を行うことができる。
In the fourth embodiment described above, only one of the two Lissajous figures for the right lung and the left lung may be displayed. For example, when performing a breathing exercise on the right lung, the subject can operate the
また、CPU170は、第2実施形態で説明した呼吸レベル検出処理(図22,図23)のうち、ステップS790,S810,S840,S860を除く各処理を行って第1相対値ΔZaR,第2相対値ΔZaL,第3相対値ΔZbR,第4相対値ΔZbLを算出し、第1相対値ΔZaRと第3相対値ΔZbRを用いて右肺用のリサージュ図形の表示データを生成する一方、第2相対値ΔZaLと第4相対値ΔZbLを用いて左肺用のリサージュ図形の表示データを生成してもよい。つまり、CPU170は、互いに直交する2軸のうち、一方の軸を第1相対値ΔZaRとし、他方の軸を第3相対値ΔZbRとする右肺用のリサージュ図形の表示データを生成するとともに、一方の軸を第2相対値ΔZaLとし、他方の軸を第4相対値ΔZbLとする左肺用のリサージュ図形の表示データを生成してもよい。また、この場合も右肺用と左肺用の2つのリサージュ図形のうち、いずれか一方のみを表示するようにしてもよい。
In addition, the
また、本実施形態と第1〜第3実施形態を適宜組み合わせることができる。例えば、生体測定装置1は、リサージュ図形を表示するとともに、図21に示したバーグラフBG1,BG2や、図27に示したバーグラフBG1〜BG4、あるいは図36に示したバーグラフBG5,BG6を表示することができる。
Moreover, this embodiment and 1st-3rd embodiment can be combined suitably. For example, the
<E:変形例>
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形が可能である。また、以下に示す変形例のうちの2以上の変形例を組み合わせることもできる。
<E: Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible. Also, two or more of the modifications shown below can be combined.
(1)変形例1
上述の実施形態では、CPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1相対値ΔZaRのピーク値ΔZaR(MAX)とボトム値ΔZaR(MIN)との絶対値の和を、第1の右肺呼吸レベルBR1として抽出しているが、これに限らず、例えばCPU170は、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸の吸気における第1相対値ΔZaRの平均値と呼気における第1相対値ΔZaRの平均値との絶対値の和を、第1の右肺呼吸レベルBR1として抽出する態様であってもよい。第1の左肺呼吸レベルBL1、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2についても同様である。
(1)
In the above-described embodiment, the
(2)変形例2
また、例えばCPU170が、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第1の右肺呼吸レベルBR1と第1の左肺呼吸レベルBL1との差分を求め、その結果を表示する態様であってもよい。同様に、CPU170が、被験者の1呼吸ごとに、当該1呼吸における第2の右肺呼吸レベルBR2と第2の左肺呼吸レベルBL2との差分を求め、その結果を表示する態様であってもよい。
(2)
Further, for example, the
(3)変形例3
上述の第1実施形態では、CPU170は、第1の右肺呼吸レベルBR1を第1バーグラフBG1で表示し、第1の左肺呼吸レベルBL1を第2バーグラフBG2で表示しているが(図21参照)、これに限らず、例えば図57に示すように、CPU170は、第1の右肺呼吸レベルBR1および第1の左肺呼吸レベルBL1をひとつのバーグラフBG0で表示する態様であってもよい。この態様では、表示すべきバーグラフBG0の段階数のうち右肺側の段階数は、第1の右肺呼吸レベルBR1の大きさに応じて決定される一方、左肺側の段階数は、第1の左肺呼吸レベルBL1の大きさに応じて決定されるという具合である。同様に、第2の右肺呼吸レベルBR2および第2の左肺呼吸レベルBL2が、ひとつのバーグラフで表示される態様であってもよい。
(3)
In the first embodiment described above, the
(4)変形例4
上述の第3相対値算出処理(図22および図31のステップS800)では、第1ゼロクロスタイミングにおける第3生体電気インピーダンスZbRの測定値に基づいて第3センタリング値ZbR0を求めているが、これに限らず、例えば第1センタリング値ZaR0または第2センタリング値ZaL0の生成方法と同様に、所定数のサンプリングタイミングの各々における第3生体電気インピーダンスZbRの測定値を用いた移動平均処理結果に基づいて、第3センタリング値ZbR0を求める態様であってもよい。つまり、第1生体電気インピーダンスZaRとは関連させずに、独立して第3センタリング値ZbR0を求める態様であってもよい。第4センタリング値ZbL0の生成方法についても同様である。
(4) Modification 4
In the third relative value calculation process (step S800 in FIGS. 22 and 31), the third centering value ZbR0 is obtained based on the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR at the first zero cross timing. For example, similarly to the generation method of the first centering value ZaR0 or the second centering value ZaL0, based on the moving average processing result using the measured value of the third bioelectrical impedance ZbR at each of a predetermined number of sampling timings, The third centering value ZbR0 may be obtained. In other words, the third centering value ZbR0 may be obtained independently without being related to the first bioelectrical impedance ZaR. The same applies to the method of generating the fourth centering value ZbL0.
(5)変形例5
上述の実施形態では、電流電極および電圧電極の一例として、両手両足を電極の接点とする四肢誘導八電極法を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、被験者の体幹部に電流電極と電圧電極を直接貼り付けて第1生体電気インピーダンスZaR〜第4生体電気インピーダンスZbLを測定してもよい。また、耳電極との四肢誘導法とを組み合わせて、体幹上部の生体電気インピーダンスを測定してもよい。この場合には、耳電極を用いることによって、体幹上部の生体電気インピーダンスの測定について両腕計測ではなく片腕計測が可能となる。なお、耳電極を用いる場合には、イヤホンやヘッドホンに耳電極を組み込むことによって、音声等の音報知・音刺激との組み合わせが効果的である。
また、上述した実施形態では、立位での計測であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、便座での生体電気インピーダンスを計測するようにしてもよい。この場合には、便座や手摺に電極確保することができる。さらに、ポケッタブルやウェアラブルでのリラクゼーション姿勢(椅子座位等)で生体電気インピーダンスを計測するようにしてもよい。この場合には、マッサージチェアー等の手摺と足置き等に電極確保することができる。
さらに、入浴中の呼吸計測も可能である。この場合には、浴槽手摺部と浴槽底の御尻や足裏接触側面部に電極を設ける。浴槽内のお湯よりも、体幹の方が、生理食塩水でできているので電流通電が支配的になる。よって、入浴中にリラックスした状態で呼吸法のトレーニングを行うことができる。
くわえて、上述した実施形態の生体測定装置1に、血圧計の腕帯と手で握る等で接触させる血圧計を付加し、血圧計に電極配置して呼吸変化や腕の筋の緊張具合を血圧測定時の補正情報として活用してもよい。
また、被験者がリラックスした状態で呼吸の測定や呼吸の訓練を行えることが望ましい。したがって、呼吸の測定中や呼吸の訓練中に、のどかな風景の映像を表示したり、心のやすらぐ音楽や鳥の鳴き声、滝の音などを流したり、呼吸の測定や呼吸の訓練を行う場所の温度や湿度を調整したりすることも重要である。また、呼吸法の訓練ビデオを付加して訓練効率を高めてもよい。
(5)
In the above-described embodiment, the limb induction eight-electrode method using both hands and feet as the contact points of the electrodes has been described as an example of the current electrode and the voltage electrode, but the present invention is not limited to this. For example, the first bioelectric impedance ZaR to the fourth bioelectric impedance ZbL may be measured by directly attaching the current electrode and the voltage electrode to the trunk of the subject. Further, the bioelectrical impedance of the upper trunk may be measured in combination with the limb induction method with the ear electrode. In this case, by using the ear electrode, the measurement of the bioelectrical impedance of the upper trunk can be performed by one-arm measurement rather than by both-arm measurement. In the case where an ear electrode is used, a combination with sound notification / stimulation such as voice is effective by incorporating the ear electrode into an earphone or a headphone.
In the above-described embodiment, the measurement is performed in the standing position. However, the present invention is not limited to this, and the bioelectric impedance in the toilet seat may be measured. In this case, electrodes can be secured on the toilet seat and handrail. Furthermore, the bioelectrical impedance may be measured in a pocketable or wearable relaxation posture (chair sitting position, etc.). In this case, an electrode can be secured for a handrail such as a massage chair and a footrest.
Furthermore, respiration measurement during bathing is also possible. In this case, electrodes are provided on the bathtub handrail part, the bottom of the bathtub bottom, and the sole contact side part. Current flow becomes dominant because the trunk is made of physiological saline rather than hot water in the bathtub. Therefore, breathing training can be performed in a relaxed state during bathing.
In addition, a sphygmomanometer that is brought into contact with the sphygmomanometer arm band by hand or the like is added to the
In addition, it is desirable that the subject can perform respiration measurement and respiration training in a relaxed state. Therefore, during breathing measurement or breathing exercise, a place where you can display a peaceful landscape image, play music with peace of mind, a cry of a bird, a sound of a waterfall, etc., or perform a breathing measurement or breathing exercise It is also important to adjust the temperature and humidity. In addition, breathing exercise training videos may be added to increase training efficiency.
(6)変形例6
図21に示したバーグラフBG1,BG2と同様のバーグラフを使用して、被験者の呼吸を指導するためのアシスト表示を行うことができる。例えば、呼吸を訓練するための訓練メニューとして、小程度の大きさの呼吸を1回行った後、中程度の大きさの呼吸を1回行うことが定められている場合、CPU170は、目標とする呼吸の大きさを示すバーグラフとして、小程度の大きさの呼吸に対応する右肺用のバーグラフBG1’と左肺用のバーグラフBG2’を生成して表示部160に表示し、被験者が最初の1呼吸を終えて次の1呼吸を行う前に、中程度の大きさの呼吸に対応する右肺用のバーグラフBG1’と左肺用のバーグラフBG2’を生成して表示部160に表示する。なお、目標とする呼吸の大きさを示すバーグラフBG1’,BG2’の表示タイミングを制御すれば、被験者の呼吸のリズムを指導することもできる。また、2つのバーグラフBG1’,BG2’のうちいずれか一方のみを表示してもよい。例えば、右肺について呼吸の訓練を行う場合であれば、右肺用のバーグラフBG1’のみを表示すればよい。また、被験者の呼吸の大きさを示すバーグラフBG1,BG2と、目標とする呼吸の大きさを示すバーグラフBG1’,BG2’の両方を表示し、被験者が自分の呼吸の大きさと目標とする呼吸の大きさを見比べながら呼吸の訓練を行えるようにしてもよい。また、図27に示したバーグラフBG1〜BG4や図36に示したバーグラフBG5,BG6についても、同様のバーグラフを使用して被験者の呼吸を指導するためのアシスト表示を行うことができる。
(6) Modification 6
By using the bar graphs similar to the bar graphs BG1 and BG2 shown in FIG. 21, assist display for instructing the subject's breathing can be performed. For example, when it is determined that a small-sized breath is performed once and then a moderate-sized breath is performed once as a training menu for training breathing, the
また、図58に示すように呼吸の大きさを示す肺の模式図を表示部160に表示してもよい。この場合、呼吸が大きくなるにつれ肺の色つき部分の面積が拡大し、呼吸が小さくなるにつれ肺の色つき部分の面積が減少する。なお、左右の肺で換気能力に差がある場合は、同図に示すように右肺と左肺で色つき部分の面積が異なる。この肺の模式図は、測定結果に基づいて表示してもよいし、呼吸の指導情報として表示してもよい。また、肺の模式図の代わりに、肺の膨張や収縮の様子を示すアニメーションを用いてもよい。
In addition, as shown in FIG. 58, a schematic diagram of the lungs indicating the magnitude of breathing may be displayed on the
(7)変形例7
例えば、ゲーム機を用いたシステムに本発明を適用することができる。
図59は、家庭用のゲーム機300を用いた生体測定システム5の構成を示す図である。同図に示すように生体測定システム5は、生体情報入力装置200’と、ゲーム機300と、コントローラ350と、モニタ400を備える。また、ゲーム機300のディスクスロットには光ディスク500が挿入される。
(7) Modification 7
For example, the present invention can be applied to a system using a game machine.
FIG. 59 is a diagram showing a configuration of the
生体情報入力装置200’は、被験者を載せる載台20’と、左手用の電極部30Lと、右手用の電極部30Rを備える。この生体情報入力装置200’は、基本的に図1に示した生体電気インピーダンス測定部200と同様の構成を有し、これに体重計を加えた構成となっている。また、生体情報入力装置200’は、通信ケーブルによってコントローラ350と接続されており、被験者の各部位の生体電気インピーダンスや体重を測定し、これらの生体情報をコントローラ350を介してゲーム機300に供給する。
The biological
コントローラ350は、操作情報などを入力する入力装置である。コントローラ350は、Bluetooth(登録商標)などの無線通信によってゲーム機300と通信を行い、被験者が入力した操作情報や、生体情報入力装置200’から出力された生体情報をゲーム機300に送信する。例えば、身長、年齢、性別などの情報もコントローラ350を操作して入力することができる。モニタ400は、例えばテレビジョン受像機であり、通信ケーブルによってゲーム機300と接続されている。光ディスク500には、上述した第1〜第4実施形態や変形例(1)〜(6)で説明した各種の処理を制御するためのプログラムやデータが記憶されている。
The
なお、同図には、生体情報入力装置200’で測定された生体情報がコントローラ350を経由してゲーム機300に供給される場合を例示したが、生体情報入力装置200’は、生体情報を無線通信によってゲーム機300に直接供給してもよい。この場合、生体情報入力装置200’は、ゲーム機300と無線通信を行うための無線通信モジュールを備える。また、生体情報入力装置200’は、生体情報を有線通信によってゲーム機300に直接供給してもよい。この場合は、生体情報入力装置200’とゲーム機300を通信ケーブルで直接接続すればよい。また、左手用の電極部30Lの代わりに、電流電極X3と電圧電極Y3を設けた左手用のコントローラ350を備える一方、右手用の電極部30Rの代わりに、電流電極X4と電圧電極Y4を設けた右手用のコントローラ350を備えてもよい。
In the figure, the case where the biological information measured by the biological
図60は、ゲーム機300の構成を示すブロック図である。
同図に示すようにゲーム機300は、ROM301と、RAM302と、ハードディスク303と、ディスクドライブ310と、無線通信モジュール320と、画像処理部330と、音声処理部340と、CPU360を備える。ROM301には、ゲーム機300の基本制御を司るプログラムなどが記憶されている。RAM302は、CPU360のワークエリアとして用いられる。ハードディスク303には、例えば後述する訓練メニュー管理テーブルTBL(図61)など、光ディスク500から読み出されたプログラムやデータなどが記憶される。ディスクドライブ310は、光ディスク500からプログラムやデータを読み出す。なお、プログラムやデータは、光ディスク500などの記録媒体によってゲーム機300に提供されるだけでなく、通信網を介してサーバなどからダウンロードされてもよい。この場合、ゲーム機300はネットワーク通信モジュールを備える。
FIG. 60 is a block diagram showing a configuration of the
As shown in the figure, the
無線通信モジュール320は、コントローラ350との間で行われる無線通信を制御する。なお、無線通信モジュール320は、生体情報入力装置200’が測定した生体情報をゲーム機300に入力するための入力部である。画像処理部330は、画像データを生成してモニタ400に出力する。音声処理部340は、効果音や音声などのオーディオデータを生成してモニタ400(スピーカ)に出力する。CPU360は、ROM301やハードディスク303などに記憶されている各種のプログラムを実行することでゲーム機300の全体を制御する。例えば、CPU360は、無線通信モジュール320を制御し、コントローラ350を介して生体情報入力装置200’と通信を行うことができる。また、CPU360は、生体情報入力装置200’に対し、電流電極X1〜X4や電圧電極Y1〜Y4の切り換え、生体電気インピーダンスの測定、体重の測定などを指示することができる。
The
また、CPU360は、例えば、第1実施形態で説明した呼吸検出処理や呼吸レベル表示処理を行い、右肺の上部の換気能力を示す第1バーグラフBG1と、左肺の上部の換気能力を示す第2バーグラフBG2をモニタ400に表示することができる(図21)。また、CPU360は、第2実施形態で説明した呼吸検出処理や呼吸レベル表示処理を行い、第1バーグラフBG1と第2バーグラフBG2に加え、右肺の中下部の換気能力を示す第3バーグラフBG3と、左肺の中下部の換気能力を示す第4バーグラフBG4をモニタ400に表示することができる(図27)。また、CPU360は、第3実施形態で説明した呼吸検出処理や呼吸レベル表示処理を行い、体幹部右側における胸式呼吸と腹式呼吸の各々の大きさを示す第5バーグラフBG5と、体幹部左側における胸式呼吸と腹式呼吸の各々の大きさを示す第6バーグラフBG6をモニタ400に表示することができる(図36)。また、CPU360は、第4実施形態で説明したリサージュ図形表示処理を行い、右肺用や左肺用のリサージュ図形をモニタ400に表示することができる。また、CPU360は、バーグラフ、リサージュ図形、肺の模式図などを利用して被験者の呼吸を訓練するための処理を行うことができる。このようにCPU360は、上述した第1〜第4実施形態や変形例(1)〜(6)で説明した各種の処理を行うことが可能である。
Further, the
図61は、訓練メニュー管理テーブルTBLのデータ構成を示す図である。
訓練メニュー管理テーブルTBLは、被験者が自分の呼吸の能力に見合った訓練メニューで呼吸の訓練を行えるようにするためのものである。訓練メニュー管理テーブルTBLには、呼吸の能力に応じて定められた階級(ランク)ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューと、この階級をクリアして次の階級に進むためのクリア条件が記憶されている。例えば、同図に示す例では、ランク1〜ランク5までの5つの階級が設けられている。また、1階級ごとに20個の訓練メニューが用意されている。
FIG. 61 is a diagram showing a data configuration of the training menu management table TBL.
The training menu management table TBL is used for allowing the subject to perform breathing training using a training menu suitable for his / her breathing ability. The training menu management table TBL has a training menu for training breathing and a clear condition for clearing this class and proceeding to the next class for each class (rank) determined according to the breathing ability. It is remembered. For example, in the example shown in the figure, five classes from
例えば、訓練メニューの具体例として、胸式呼吸や腹式呼吸をマスターするための訓練、胸式呼吸と腹式呼吸を組み合わせた完全呼吸をマスターするための訓練、ドローイン呼吸をマスターするための訓練、腹式呼吸や完全呼吸によって肺の換気能力を高める訓練、左右の肺ごとに換気能力を高める訓練、ドローイン呼吸によって呼吸機能や運動機能を高める訓練、ヨガなどで用いられる様々なポーズを使用して呼吸筋に負荷を与えながら各種の呼吸を行って呼吸機能や運動機能を強化する訓練などを例示することができる。 For example, as a specific example of the training menu, training to master chest breathing and abdominal breathing, training to master full breathing that combines chest breathing and abdominal breathing, training to master draw-in breathing, Using exercises to increase the ventilation capacity of the lungs by abdominal breathing and complete breathing, training to increase the ventilation capacity of the left and right lungs, training to increase respiratory function and motor function by draw-in breathing, various poses used in yoga etc. The exercise | movement which reinforces a respiratory function and an exercise | movement function by performing various respiration while giving a load to a respiratory muscle can be illustrated.
なお、完全呼吸とは、腹部と胸部と肩甲部を使って肺の換気能力を最大限に活用しながら呼息と吸息を行う呼吸法である。完全呼吸を行う場合、例えば、吸息時には、まず腹を膨らませながら息を吸い、次に胸を前に突き出す感じで胸郭を広げながら息を吸い、最後に肩を上げながら息を吸っていく。これにより横隔膜が最大限に開いた状態になる。また、呼息時には、その逆で、まず肩を下げながら息を吐き、次に広げた胸郭を元に戻しながら息を吐き、最後に腹を凹ませながら息を吐いていく。 Complete breathing is a breathing method that uses the abdomen, chest, and shoulders to make the best use of the ventilation capacity of the lungs and exhale and inhale. For complete breathing, for example, when inhaling, first inhale while inflating the belly, then inhale while expanding the ribcage with the feeling of protruding the chest forward, and finally inhale while raising the shoulder. As a result, the diaphragm is fully opened. When exhaling, on the contrary, first exhale while lowering the shoulder, then exhale while returning the expanded rib cage, and finally exhale while denting the abdomen.
また、訓練メニューには、例えば、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形(または被験者の呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)を使用し、被験者が自分の呼吸の様子を確認しながら訓練を行えるようにするもの、目標とする呼吸の様子を示すリサージュ図形(または目標とする呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)を使用し、被験者が目標とする呼吸の様子を確認しながら訓練を行えるようにするもの、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形(または被験者の呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)と、目標とする呼吸の様子を示すリサージュ図形(または目標とする呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)の両方を使用し、被験者が自分の呼吸の様子と目標とする呼吸の様子を見比べながら訓練を行えるようにするものなどが含まれる。 The training menu uses, for example, a Lissajous figure showing the subject's breathing state (or a bar graph showing the subject's breathing state or a schematic diagram of the lungs), while the subject confirms his / her breathing state. Use the Lissajous figure that shows the state of the target breathing (or the bar graph and the schematic diagram of the lungs that show the target breathing state), and the subject confirms the target breathing state. A Lissajous figure that shows the subject's breathing state (or a bar graph or a schematic diagram of the lungs that shows the subject's breathing state) and a Lissajous figure that shows the target breathing state (or Using both the bar graph showing the target breathing and the schematic diagram of the lungs, the subject can train while comparing his / her breathing with the target breathing It is included, such as those in.
また、クリア条件の具体例として、例えば、右肺呼吸レベル(第1の右肺呼吸レベルBR1、第2の右肺呼吸レベルBR2)や左肺吸レベル(第1の左肺呼吸レベルBL1、第2の左肺呼吸レベルBL2)が予め定められた基準値以上であること、片肺ごとの胸式呼吸や腹式呼吸の大きさが予め定められた基準値以上であること、20個の訓練メニューを全て訓練し終えたことなどを例示することができる。なお、訓練メニュー管理テーブルTBLにおいて階級は2つ以上であればよいし、訓練メニューについても1階級ごとに1つ以上あればよい。また、階級分けや訓練内容の具体例として以下を例示することができる。 As specific examples of the clear condition, for example, the right lung respiration level (first right lung respiration level BR1, second right lung respiration level BR2) or left lung inhalation level (first left lung respiration level BL1, second 2) Left lung respiration level BL2) is equal to or higher than a predetermined reference value, the magnitude of chest or abdominal respiration for each lung is equal to or higher than a predetermined reference value, 20 exercises For example, it is possible to exemplify that all menus have been trained. In the training menu management table TBL, the number of classes may be two or more, and the training menu may be one or more for each class. Moreover, the following can be illustrated as a specific example of classification and training content.
[ランク1/中高度呼吸器疾患患者向けトレーニング]
基本的な胸郭部呼吸運動を司る胸部呼吸筋を胸式呼吸によって鍛え、呼吸器疾患によって低下した呼吸機能を回復させるためのリハビリ用トレーニング。
[ランク2/軽度呼吸器疾患患者向けトレーニング]
横隔膜などの腹部呼吸筋を腹式呼吸によって鍛え、呼吸器疾患によって低下した呼吸機能を回復させるためのリハビリ用トレーニング。
[ランク3/健常者向け標準トレーニング]
胸式呼吸と腹式呼吸を組み合わせた完全呼吸によって胸部呼吸筋と腹部呼吸筋の両方を鍛え、呼吸機能の更なる向上や、喫煙、生活習慣病、運動不足、加齢などで低下した呼吸機能の改善を図るためのトレーニング。
[ランク4/軽度負荷トレーニング]
ドローイン呼吸によって体幹部のインナーマッスル(例えば腹横筋や脊柱起立筋など)を鍛え、呼吸機能の向上の他、腰痛予防や運動機能を高めるためのトレーニング。
[ランク5/アスリート向け中高度負荷トレーニング]
例えばヨガで用いられるポーズなど呼吸筋に負荷を与える姿勢とドローイン呼吸を組み合わせて運動機能を強化するためのトレーニング。
[
Rehabilitation training to train the chest respiratory muscles that perform basic thoracic breathing exercises by thoracic breathing to restore respiratory function that has been reduced by respiratory disease.
[Rank 2: Training for patients with mild respiratory disease]
Rehabilitation training for abdominal respiratory muscles such as the diaphragm to be trained by abdominal breathing to restore respiratory function that has been reduced by respiratory disease.
[
Complete breathing combined with chest breathing and abdominal breathing to train both chest and abdominal breathing muscles to further improve respiratory function and reduce respiratory function due to smoking, lifestyle-related diseases, lack of exercise, aging, etc. Training to improve.
[Rank 4 / light load training]
Training to strengthen the inner muscles of the trunk (such as transverse abdominal muscles and standing spine muscles) by draw-in breathing, improve respiratory function, and prevent back pain and exercise function.
[
Training for strengthening motor functions by combining postures that apply stress to respiratory muscles, such as those used in yoga, and draw-in breathing.
なお、ランク1,2として挙げた呼吸器疾患の患者向けトレーニングは、あくまで治療施設での医療指導の遵守が大前提である。また、疾患のレベルにもよるが、基本的には横隔膜がある程度機能し、呼吸を訓練することで呼吸機能の改善が期待できる者を対象者としている。また、ランク1〜5に対し、口をすぼめながら呼吸をするといった負荷を組み合わせることもできる。また、呼吸法とポーズの組み合わせ方やトレーニングの時間配分などは、適宜任意に定めることができる。
In addition, the training for patients with respiratory diseases listed as
図62は、呼吸訓練管理処理の処理内容を示すフローチャートである。
同図に示す呼吸訓練管理処理は、例えば、被験者が本システム5を利用して呼吸の訓練を始める場合にCPU360によって実行される。CPU360は、呼吸訓練管理処理を開始すると、まず、被験者の呼吸の能力を検出する処理を行う(ステップS1201)。例えば、CPU360は、胸式呼吸や腹式呼吸を行うよう被験者に指示するメッセージを報知するとともに、第1〜第3実施形態のうちいずれかで説明した呼吸検出処理や呼吸レベル表示処理、あるいは第4実施形態で説明したリサージュ図形表示処理や肺の換気能力の良否判定を行う。これにより、CPU360は、例えば、右肺の換気能力(右肺の上部や中下部の換気能力)、左肺の換気能力(左肺の上部や中下部の換気能力)、片肺ごとの胸式呼吸や腹式呼吸の大きさなどを被験者の呼吸の能力として検出する。
FIG. 62 is a flowchart showing the processing contents of the breathing exercise management process.
The breathing training management process shown in the figure is executed by the
なお、被験者の呼吸の能力を通常時の呼吸から検出するため、呼吸の測定を行っていることを被験者に報知せずにステップS1201に示す処理を行ってもよい。また、ステップS1201では、第1生体電気インピーダンスZaRと第2生体電気インピーダンスZaLを測定して被験者の呼吸の能力を検出してもよいし、第3生体電気インピーダンスZbRと第4生体電気インピーダンスZbLを測定して被験者の呼吸の能力を検出してもよいし、第1〜第4生体電気インピーダンスZaR,ZaL,ZbR,ZbLを測定して被験者の呼吸の能力を検出してもよい。 Note that, in order to detect the breathing ability of the subject from normal breathing, the process shown in step S1201 may be performed without notifying the subject that the breathing is being measured. In step S1201, the first bioelectrical impedance ZaR and the second bioelectrical impedance ZaL may be measured to detect the breathing ability of the subject, or the third bioelectrical impedance ZbR and the fourth bioelectrical impedance ZbL may be detected. The measurement may be performed to detect the breathing ability of the subject, or the first to fourth bioelectric impedances ZaR, ZaL, ZbR, and ZbL may be measured to detect the breathing ability of the subject.
次に、CPU360は、訓練メニュー管理テーブルTBLを参照し、ステップS1201で検出した被験者の呼吸の能力に応じた階級を特定する(ステップS1202)。また、CPU360は、特定した階級に対応する訓練メニューを訓練メニュー管理テーブルTBLから選択する(ステップS1203)。例えば、被験者の階級がランク3であった場合、CPU360は、図61に示す訓練メニュー管理テーブルTBLを参照し、メニュー41〜メニュー60を選択する。なお、左右の肺で換気能力に差がある場合は、左右の肺ごとに異なる訓練メニューを選択してもよい。
Next, the
この後、CPU360は、ステップS1203で選択した訓練メニューを使用して、被験者の呼吸を訓練するための処理を行う(ステップS1204)。例えば、被験者の階級がランク3であった場合、CPU360は、メニュー41〜メニュー60を使用して呼吸を訓練するための処理を行う。また、ランク3が上述した健常者向けの標準トレーニングであった場合、CPU360は、訓練メニューに基づいて、胸式呼吸と腹式呼吸を組み合わせた完全呼吸をマスターするための訓練や、完全呼吸によって肺の換気能力を高める訓練などを行う。また、CPU360は、例えば、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形(または被験者の呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)をモニタ400に表示し、被験者が自分の呼吸の様子を確認しながら訓練を行えるようにすることができる。また、CPU360は、目標とする呼吸の様子を示すリサージュ図形(または目標とする呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)をモニタ400に表示し、被験者が目標とする呼吸の様子を確認しながら訓練を行えるようにすることができる。また、CPU360は、被験者の呼吸の様子を示すリサージュ図形(または被験者の呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)と、目標とする呼吸の様子を示すリサージュ図形(または目標とする呼吸の様子を示すバーグラフや肺の模式図)の両方をモニタ400に表示し、被験者が自分の呼吸の様子と目標とする呼吸の様子を見比べながら訓練を行えるようにすることができる。
Thereafter, the
この後、CPU360は、被験者の現在の階級に対応するクリア条件を訓練メニュー管理テーブルTBLから読み出し、クリア条件が成立しているか否かを判定する(ステップS1205)。例えば、被験者の現在の階級がランク3であった場合、CPU360は、図61に示す訓練メニュー管理テーブルTBLから条件Cを読み出し、この条件Cが成立しているか否かを判定する。
Thereafter, the
例えば、条件Cが「右肺の換気能力と左肺の換気能力がともに予め定められた基準値以上」であった場合、CPU360は、第1〜第3実施形態のうちいずれかで説明した呼吸検出処理や呼吸レベル表示処理を行い、右肺の換気能力と左肺の換気能力がともに基準値以上であるか否かを判定する。また、条件Cが「20個の訓練メニューを全て訓練し終えたこと」であった場合、CPU360は、メニュー41〜メニュー60による訓練を全て終えている場合にクリア条件が成立したと判定する。
For example, when the condition C is “the ventilation capacity of the right lung and the ventilation capacity of the left lung are both equal to or higher than a predetermined reference value”, the
ステップS1205の結果が否定である場合は、ステップS1204に戻り、現在の階級における呼吸の訓練を継続する。一方、ステップS1205の結果が肯定である場合、CPU360は、被験者の階級を次の階級にランクアップさせた後(ステップS1206)、ステップS1203に戻る。例えば、被験者の階級がランク3であった場合、CPU360は、ステップS1206において被験者の階級をランク4に変更してステップS1203に戻る。これにより、訓練メニュー管理テーブルTBLからランク4に対応する訓練メニュー(メニュー61〜メニュー80)が選択され、新たな訓練が開始される。
If the result of step S1205 is negative, the process returns to step S1204, and breathing training in the current class is continued. On the other hand, if the result of step S1205 is affirmative, the
なお、被験者がコントローラ350を操作して訓練の終了を指示すると、同図に示す呼吸訓練管理処理が終了する。この際、CPU360は、被験者の現在の階級を示すランク情報をハードディスク303に記憶し、被験者が次に呼吸の訓練を行う場合は、ハードディスク303に記憶してあるランク情報を読み出してステップS1203から処理を開始する。
Note that when the subject operates the
以上説明したように本変形例によれば、ゲーム機300を用いることで、体重や体脂肪を測定するのと同じように家庭内で手軽に呼吸を測定することが可能になる。また、呼吸の訓練についても家庭内で手軽に行える。また、本変形例によれば、被験者は、自分の呼吸の能力に見合った訓練メニューに基づいて呼吸の訓練を行うことができるので、効率よく呼吸を訓練することができる。また、訓練メニューを階級ごとに分けて用意し、1階級ごとにクリアしながら次の階級に進むといったゲーム性を持たすことで、楽しみながら呼吸の訓練を行うことができるので、呼吸の訓練に対する被験者のモチベーションを高めることもできる。
As described above, according to this modification, by using the
なお、第1〜第4実施形態で説明した生体測定装置1において呼吸訓練管理処理(図62)を行ってもよい。この場合、呼吸訓練管理処理を行うためのプログラムや呼吸訓練管理テーブルTBL(図61)などを第1記憶部120に記憶しておけばよい。また、ゲーム機300の代わりに、パーソナルコンピュータや携帯型電子機器(例えば携帯電話機など)を用いてもよいし、携帯型電子機器の場合には、表示装置としてヘッドマウントディスプレイを使用してもよい。
In addition, you may perform a breathing exercise management process (FIG. 62) in the
(8)変形例8
生体測定装置1は、表示部160を備えず、外部の表示装置にリサージュ図形やバーグラフなどを表示してもよい。また、生体測定装置1は、生体電気インピーダンス測定部200を備えず、外部の生体電気インピーダンス測定装置で測定された体幹部の生体電気インピーダンスを無線通信や有線通信によって入力する入力部を備えていてもよい。この場合、入力部は、例えば、無線通信モジュール、ネットワーク通信モジュール、USB(Universal Serial Bus)インターフェイスなどの通信インターフェイスになる。
(8) Modification 8
The
(9)変形例9
リサージュ図形は、呼吸の訓練を行う場合だけでなく、呼吸の測定を行なう場合(肺の換気能力を示す呼吸レベルを測定する場合)に表示してもよい。また、本発明は、呼吸の測定機能や呼吸の訓練機能のみを有する装置やシステムに限定されない。例えば、フィットネス用のトレーニング装置など、呼吸の測定機能や呼吸の訓練機能がその一部に組み込まれた各種のトレーニング装置やトレーニングシステムに本発明を適用することができる。
(9) Modification 9
The Lissajous figure may be displayed not only when breathing training is performed, but also when breathing is measured (when a breathing level indicating lung ventilation capacity is measured). The present invention is not limited to an apparatus or system having only a respiration measurement function or a respiration training function. For example, the present invention can be applied to various training apparatuses and training systems in which a breath measurement function and a breath training function are incorporated in a part thereof, such as a fitness training apparatus.
(10)変形例10
第3実施形態で説明した生体測定装置1を応用すれば、被験者の体幹右側での呼吸がドローイン呼吸であるか否かや、被験者の体幹左側での呼吸がドローイン呼吸であるか否かを判別することができる。以下、ドローイン呼吸の判別を左右の体幹部ごとに行う場合について、体幹右側の場合を例に説明を行う。なお、生体測定装置のハードウェア構成は基本的に第1実施形態で説明したものと同じであるので、第1実施形態と同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
(10)
If the
ドローイン呼吸の場合、図41に示したように、体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbは、吸気ではともに増加方向に変化し、呼気ではともに減少方向に変化する。この変化は胸式呼吸の場合と同じである。これはドローイン呼吸の場合、腹を凹ませた状態を維持しながら胸式呼吸によって呼息と吸息を行っているためである。但し、ドローイン呼吸の場合は、腹を凹ませるために腹部に力を入れているので、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅基準レベルが胸式呼吸の場合よりも高くなる。このようにドローイン呼吸の場合と胸式呼吸の場合では体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅基準レベルが異なるので、これを利用してドローイン呼吸を判別することが可能である。すなわち、体幹右側の場合、第3実施形態で説明した体幹右側のΔRib/ΔAb推定演算処理(図33および図34)を行った後、ΔRib/ΔAbの平均値が1.0を上回るため胸式呼吸であると判別した場合において、第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベル(第3センタリング値ZbR0)が、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルよりも所定値以上高い場合に、これをドローイン呼吸と判別すればよい。 In the case of draw-in respiration, as shown in FIG. 41, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk both change in the increase direction during inspiration and decrease in the expiration period. This change is the same as for chest breathing. This is because in the case of draw-in breathing, exhalation and inhalation are performed by chest breathing while maintaining a state where the abdomen is recessed. However, in the case of draw-in respiration, since force is applied to the abdomen to dent the abdomen, the amplitude reference level of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is higher than in the case of chest respiration. As described above, the amplitude reference level of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is different between the case of the draw-in respiration and the case of the chest respiration, and it is possible to determine the draw-in respiration using this. That is, in the case of the right side of the trunk, the average value of ΔRib / ΔAb exceeds 1.0 after the ΔRib / ΔAb estimation calculation process (FIGS. 33 and 34) described in the third embodiment is performed. In the case of discriminating the chest breathing, the amplitude reference level (third centering value ZbR0) of the third bioelectrical impedance ZbR is a predetermined value higher than the amplitude reference level of the third bioelectrical impedance ZbR in the case of chest breathing. If it is higher than this, this may be determined as draw-in respiration.
但し、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルは、被験者ごとに異なる。したがって、上述した方法でドローイン呼吸を判別するためには、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルを事前に測定して第2記憶部130に記憶しておく必要がある。また、上述した所定値についても第1記憶部120に予め記憶しておく必要がある。
However, the amplitude reference level of the third bioelectrical impedance ZbR in the case of thoracic breathing differs for each subject. Therefore, in order to determine draw-in respiration by the method described above, it is necessary to measure in advance the amplitude reference level of the third bioelectrical impedance ZbR in the case of chest respiration and store it in the
このため本変形例に係る生体測定装置1(CPU170)は、例えば、被験者に対して胸式呼吸を行うよう指示するメッセージを報知し、被験者が胸式呼吸を行っている期間において取得した多数の第3センタリング値ZbR0の平均値を算出し、これを胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルとして第2記憶部130に記憶する。以降、このようにして第2記憶部130に記憶された、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルをZbR1と表記する。一方、第1記憶部120に記憶しておく所定値は、予め多数の被験者から採取した、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルと、ドローイン呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルとの差分に基づいて、その値を設定することができる。以降、第1記憶部120に記憶されている所定値をΔZbR1と表記する。
For this reason, the biometric apparatus 1 (CPU 170) according to this modification, for example, reports a message instructing the subject to perform chest-type breathing, and obtains a number of items acquired during the period in which the subject is performing chest-type breathing. An average value of the third centering value ZbR0 is calculated and stored in the
図63は、呼吸種別判別処理(体幹右側用)の処理内容を示すフローチャートである。
同図に示す処理は、第3実施形態で説明した体幹右側のΔRib/ΔAb推定演算処理(図33および図34)を行った後に実行される。CPU170は、呼吸種別判別処理を開始すると、まず、ΔRib/ΔAb推定演算処理によって求められたΔRib/ΔAbの平均値([ΣΔRib/ΔAb]/Ni)が1.0以下であるか否かを判定する(ステップS1301)。ステップS1301の結果が肯定である場合、CPU170は、被験者の体幹右側での呼吸が腹式呼吸であると判別する(ステップS1302)。
FIG. 63 is a flowchart showing the processing content of the breathing type determination processing (for trunk right side).
The processing shown in the figure is executed after performing the ΔRib / ΔAb estimation calculation processing (FIGS. 33 and 34) on the right side of the trunk described in the third embodiment. When the
一方、ステップS1301の結果が否定である場合、CPU170は、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルZbR1を第2記憶部130から読み出すとともに、所定値ΔZbR1を第1記憶部120から読み出す(ステップS1303)。なお、第1記憶部120に記憶されている所定値ΔZbR1を標準値とし、この標準値を、事前に入力された身長、年齢、性別(図5のステップS1)や、事前に測定した体重(図5のステップS2)を用いた演算によって補正してもよい。
On the other hand, if the result of step S1301 is negative, the
この後、CPU170は、第3実施形態で説明した呼吸レベル算出処理(図31および図32)のステップS800において第3相対値ΔZbRを算出する過程で生成された第3センタリング値ZbR0を取得する。そして、CPU170は、第3センタリング値ZbR0が、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルZbR1と所定値ΔZbR1との加算値以上であるか否かを判定する(ステップS1304)。なお、ステップS1304で使用する第3センタリング値ZbR0は、例えば、直前の1呼吸における第3センタリング値ZbR0の平均値や、直前の複数サンプリング期間における第3センタリング値ZbR0の平均値などであってもよい。ステップS1304の結果が肯定である場合、CPU170は、被験者の体幹右側での呼吸がドローイン呼吸であると判別する(ステップS1305)。また、ステップS1304の結果が否定である場合、CPU170は、被験者の体幹右側での呼吸が胸式呼吸であると判別する(ステップS1306)。
Thereafter, the
なお、第2記憶部130に記憶しておくZbR1(胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベル)は、被験者が胸式呼吸を行っている期間において取得した複数の第3センタリング値ZbR0の平均値に限らない。例えば、被験者が胸式呼吸を行っている期間中において任意のタイミングで取得した1個の第3センタリング値ZbR0であってもよい。また、CPU170は、第2記憶部130から読み出したZbR1に対し、所定値ΔZbR1を加算するのではなく、1.0より大きい所定の係数(例えば1.035)を乗算して加算値(ZbR1+ΔZbR1)に相当する閾値を算出してもよい。この場合の係数も、所定値ΔZbR1の場合と同様に、予め多数の被験者から採取した、胸式呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルと、ドローイン呼吸の場合における第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルとの差分に基づいて、その値を設定することができる。また、このようにして算出された閾値をZbR1の代わりに第2記憶部130に記憶しておき、上述した呼吸種別判別処理のステップS1304では、第3センタリング値ZbR0が第2記憶部130から読み出した閾値以上であるか否かを判定してもよい。
Note that ZbR1 (the amplitude reference level of the third bioelectrical impedance ZbR in the case of chest breathing) stored in the
以上の構成によれば、被験者の体幹右側での呼吸がドローイン呼吸であるか否かをリアルタイムで正確に判別することができる。また、ドローイン呼吸の他に、被験者の体幹右側での呼吸が腹式呼吸なのか胸式呼吸なのかを判別することもできる。なお、体幹右側の場合と同様の方法を用いることによって、被験者の体幹左側での呼吸がドローイン呼吸であるか否かや腹式呼吸なのか胸式呼吸なのかについても判別することができる。 According to the above configuration, it is possible to accurately determine in real time whether or not respiration on the right side of the subject's trunk is draw-in respiration. In addition to draw-in breathing, it is also possible to determine whether breathing on the subject's trunk right side is abdominal breathing or chest breathing. By using the same method as in the case of the right side of the trunk, it is possible to determine whether the breathing on the left side of the subject's trunk is a draw-in breath or whether it is an abdominal breathing or a chest breathing. .
また、生体測定装置1は、以下に示す方法でドローイン呼吸の判別を左右の体幹部ごとに行ってもよい。
[方法1]図41に示すように、ドローイン呼吸の場合、胸式呼吸や腹式呼吸の場合に比べ、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅基準レベルのみが上方にシフトする。そこで、CPU170は、体幹右側の場合であれば、第1生体電気インピーダンスZaRの振幅基準レベルを示す第1センタリング値ZaR0と、第3生体電気インピーダンスZbRの振幅基準レベルを示す第3センタリング値ZbR0とを監視し、第3センタリング値ZbR0のみが所定値(例えば0.5Ω)以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。また、CPU170は、体幹左側の場合であれば、第2生体電気インピーダンスZaLの振幅基準レベルを示す第2センタリング値ZaL0と、第4生体電気インピーダンスZbLの振幅基準レベルを示す第4センタリング値ZbL0とを監視し、第4センタリング値ZbL0のみが所定値(例えば0.5Ω)以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。
Moreover, the
[Method 1] As shown in FIG. 41, in the case of draw-in respiration, only the amplitude reference level of the bioelectrical impedance Zb in the middle of the trunk is shifted upward in comparison with the case of chest respiration or abdominal respiration. Therefore, in the case of the right side of the trunk, the
[方法2]図41に示すように、ドローイン呼吸の場合、胸式呼吸や腹式呼吸の場合に比べ、体幹上部の生体電気インピーダンスZaの振幅値(最大値−最小値)と、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの振幅値(最大値−最小値)がともに小さくなる。そこで、これらの振幅値からドローイン呼吸であるか否かを判別できるようにするため、振幅値について閾値を定めて第1記憶部120に記憶しておく。そして、CPU170は、体幹右側の場合であれば、第1生体電気インピーダンスZaRの振幅値と、第3生体電気インピーダンスZbRの振幅値とを監視し、両者の振幅値がともに閾値(例えば1.8Ω)以下となり、かつ、上述した[方法1]により第3センタリング値ZbR0のみが所定値以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。また、CPU170は、体幹左側の場合であれば、第2生体電気インピーダンスZaLの振幅値と、第4生体電気インピーダンスZbLの振幅値とを監視し、両者の振幅値がともに閾値(例えば1.8Ω)以下となり、かつ、上述した[方法1]により第4センタリング値ZbL0のみが所定値以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。
[Method 2] As shown in FIG. 41, in the case of draw-in respiration, the amplitude value (maximum value-minimum value) of the bioelectrical impedance Za of the upper trunk and the trunk are compared with those in the case of chest respiration or abdominal respiration. Both the amplitude values (maximum value−minimum value) of the bioelectric impedance Zb in the middle part are reduced. Therefore, in order to be able to determine whether or not it is a draw-in breath from these amplitude values, a threshold value is determined for the amplitude value and stored in the
[方法3]ドローイン呼吸の場合、体幹上部の生体電気インピーダンスZaの測定波形と、体幹中部の生体電気インピーダンスZbの測定波形は、胸式呼吸の場合と同様の特徴を示す。すなわち、体幹上部の生体電気インピーダンスZaおよび体幹中部の生体電気インピーダンスZbは、吸気ではともに増加方向に変化し、呼気ではともに減少方向に変化する。そこで、CPU170は、体幹右側の場合であれば、第1生体電気インピーダンスZaRの測定波形と、第3生体電気インピーダンスZbRの測定波形とを監視し、両者の測定波形が胸式呼吸の場合と同様の特徴を示し、かつ、上述した[方法1]により第3センタリング値ZbR0のみが所定値以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。また、CPU170は、体幹左側の場合であれば、第2生体電気インピーダンスZaLの測定波形と、第4生体電気インピーダンスZbLの測定波形とを監視し、両者の測定波形が胸式呼吸の場合と同様の特徴を示し、かつ、上述した[方法1]により第4センタリング値ZbL0のみが所定値以上増加した場合に、ドローイン呼吸であると判別する。
[Method 3] In the case of draw-in respiration, the measurement waveform of the bioelectrical impedance Za in the upper trunk and the measurement waveform of the bioelectrical impedance Zb in the middle trunk show the same characteristics as in the case of chest respiration. That is, the bioelectrical impedance Za of the upper trunk and the bioelectrical impedance Zb of the middle trunk both change in the inspiration and change in the decrease in the expiration. Therefore, the
1 生体測定装置
5 生体測定システム
120 第1記憶部
150 入力部
170 CPU
200 生体電気インピーダンス測定部
200’ 生体情報入力装置
ZaR 第1生体電気インピーダンス(体幹上部右側)
ZaL 第2生体電気インピーダンス(体幹上部左側)
ZbR 第3生体電気インピーダンス(体幹中部右側)
ZbL 第4生体電気インピーダンス(体幹中部左側)
300 ゲーム機
320 無線通信モジュール
360 CPU
400 モニタ
1
200 Bioelectrical
ZaL 2nd bioelectric impedance (upper trunk left side)
ZbR 3rd bioelectric impedance (right side of the trunk)
ZbL 4th bioelectric impedance (left side of mid-trunk)
300
400 monitors
Claims (27)
前記右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸レベル測定装置。 A bioelectrical impedance measuring unit that measures bioelectrical impedance for a part including the right lung of the subject and a part including the left lung;
Based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the right lung, while obtaining the right lung respiration level indicating the ventilation ability of the right lung, while based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the left lung, A respiratory level calculation unit for obtaining a left lung respiratory level indicating the ventilation capacity of the left lung,
A respiratory level measuring device characterized by that.
前記被験者の前記右肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスと、前記被験者の前記左肺の上部を含み、腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸レベル算出部は、
前記第1生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の上部の換気能力を示す第1の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第2生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の上部の換気能力を示す第1の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の呼吸レベル測定装置。 The bioelectrical impedance measuring unit is
A first bioelectrical impedance on the right side of the upper trunk that includes the upper part of the subject's right lung and does not include the abdomen, and a second biological body on the left side of the upper trunk that includes the upper part of the left lung of the subject and does not include the abdomen Measure electrical impedance and
The respiration level calculation unit
Based on the measurement value of the first bioelectrical impedance, a first right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the upper part of the right lung is obtained, and on the other hand, based on the measurement value of the second bioelectrical impedance, the left lung Determining a first left lung respiratory level indicative of the upper ventilation capacity of
The respiratory level measuring device according to claim 1, wherein
前記第1生体電気インピーダンスの測定値の前記第1センタリング値に対する相対値である第1相対値を求める第1相対値算出部と、
前記第2生体電気インピーダンスの測定値の前記第2センタリング値に対する相対値である第2相対値を求める第2相対値算出部と、をさらに備え、
前記呼吸レベル算出部は、前記第1相対値に基づいて前記第1の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第2相対値に基づいて前記第1の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の呼吸レベル測定装置。 A first centering value generator for generating a first centering value indicating an amplitude reference level of the measurement value of the first bioelectrical impedance and a second centering value indicating the amplitude reference level of the measurement value of the second bioelectrical impedance. When,
A first relative value calculation unit for obtaining a first relative value that is a relative value of the measured value of the first bioelectrical impedance with respect to the first centering value;
A second relative value calculation unit that obtains a second relative value that is a relative value of the measurement value of the second bioelectrical impedance with respect to the second centering value;
The respiration level calculation unit obtains the first right lung respiration level based on the first relative value, and obtains the first left lung respiration level based on the second relative value.
The respiratory level measuring device according to claim 2, wherein
ことを特徴とする請求項3に記載の呼吸レベル測定装置。 The respiration level calculation unit calculates, for each respiration of the subject, the sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the first relative value in the respiration as the first right lung respiration level. Calculating a sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the second relative value in the one breath as the first left lung respiration level.
The respiration level measuring apparatus according to claim 3, wherein:
所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、前記第1生体電気インピーダンスおよび前記第2生体電気インピーダンスを測定し、
前記第1センタリング値生成部は、
所定数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第1生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第1センタリング値を生成する一方、前記各サンプリングタイミングにおける前記第2生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第2センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の呼吸レベル測定装置。 The bioelectrical impedance measuring unit is
Measuring the first bioelectrical impedance and the second bioelectrical impedance each time the sampling timing is reached at a predetermined period;
The first centering value generator is
The first centering value is generated based on the measured value of the first bioelectrical impedance at each of the predetermined number of sampling timings, while the first centering value is generated based on the measured value of the second bioelectrical impedance at each sampling timing. 2 generate centering values,
The respiration level measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、当該サンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第1生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第1センタリング値を生成する一方、前記センタリング期間内の複数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第2生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第2センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項5に記載の呼吸レベル測定装置。 The first centering value generator is
For each of the sampling timings, the measurement of the first bioelectrical impedance at each of the plurality of sampling timings within a centering period starting from a time point a predetermined time before the sampling timing and ending at the sampling timing A moving average process is performed using the value, and based on the result, the first centering value at the sampling timing is generated, while the second bioelectric impedance at each of the plurality of sampling timings within the centering period is generated. A moving average process is performed using the measurement value, and the second centering value at the sampling timing is generated based on the result.
The respiratory level measuring device according to claim 5, wherein
ことを特徴とする請求項6に記載の呼吸レベル測定装置。 The time length of the centering period is variably set according to the breathing rate of the subject.
The respiration level measuring device according to claim 6 characterized by things.
前記サンプリングタイミングに到達するたびに、前記被験者の前記右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、前記被験者の前記左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスとを測定し、
前記第3生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第3センタリング値、および、前記第4生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第4センタリング値を生成する第2センタリング値生成部と、
前記第3生体電気インピーダンスの測定値の前記第3センタリング値に対する相対値である第3相対値を求める第3相対値算出部と、
前記第4生体電気インピーダンスの測定値の前記第4センタリング値に対する相対値である第4相対値を求める第4相対値算出部と、
前記第1生体電気インピーダンスの測定値と前記第1センタリング値とが等しくなる第1ゼロクロスタイミング、および、前記第2生体電気インピーダンスの測定値と前記第2センタリング値とが等しくなる第2ゼロクロスタイミングを抽出するゼロクロスタイミング抽出部と、をさらに備え、
前記第2センタリング値生成部は、
前記第1ゼロクロスタイミングにおける前記第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第3センタリング値を生成する一方、前記第2ゼロクロスタイミングにおける前記第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第4センタリング値を生成し、
前記呼吸レベル算出部は、
前記第3相対値に基づいて、前記右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第4相対値に基づいて、前記左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項5から請求項7の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 The bioelectrical impedance measuring unit is
Each time the sampling timing is reached, the third bioelectrical impedance on the right side of the trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's right lung, and the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's left lung Measure the 4th bioelectrical impedance on the left side,
A second centering value generating unit that generates a third centering value indicating an amplitude reference level of the measurement value of the third bioelectrical impedance and a fourth centering value indicating the amplitude reference level of the measurement value of the fourth bioelectrical impedance. When,
A third relative value calculation unit for obtaining a third relative value that is a relative value of the measured value of the third bioelectrical impedance with respect to the third centering value;
A fourth relative value calculation unit for obtaining a fourth relative value that is a relative value of the measurement value of the fourth bioelectrical impedance with respect to the fourth centering value;
A first zero cross timing at which the measured value of the first bioelectrical impedance is equal to the first centering value, and a second zero cross timing at which the measured value of the second bioelectrical impedance is equal to the second centering value. A zero cross timing extraction unit for extracting,
The second centering value generator is
The third centering value is generated based on the measured value of the third bioelectrical impedance at the first zero cross timing, while the fourth centering is generated based on the measured value of the fourth bioelectrical impedance at the second zero cross timing. Generate a value,
The respiration level calculation unit
Based on the third relative value, a second right lung respiratory level indicating the ventilation ability of the middle lower part of the right lung is obtained, and on the other hand, the ventilation ability of the middle lower part of the left lung is obtained based on the fourth relative value. Determining a second left lung respiratory level to indicate,
The respiration level measuring apparatus according to any one of claims 5 to 7, wherein
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが前記第1ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが前記第1ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける前記第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第3センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが前記第1ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前の前記サンプリングタイミングで生成した前記第3センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける前記第3センタリング値として採用する、
ことを特徴とする請求項8に記載の呼吸レベル測定装置。 The second centering value generator is
At each sampling timing, it is determined whether or not the sampling timing is the first zero cross timing. When the sampling timing is the first zero cross timing, the measurement of the third bioelectrical impedance at the sampling timing is performed. Based on the value, the third centering value at the sampling timing is generated. On the other hand, if the sampling timing is not the first zero cross timing, the third centering value generated at the sampling timing immediately before the sampling timing is generated. Adopted as the third centering value at the sampling timing,
The respiration level measuring apparatus according to claim 8, wherein
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが前記第2ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが前記第2ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける前記第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第4センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが前記第2ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前の前記サンプリングタイミングで生成した前記第4センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける前記第4センタリング値として採用する、
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の呼吸レベル測定装置。 The second centering value generator is
For each sampling timing, it is determined whether the sampling timing is the second zero cross timing. If the sampling timing is the second zero cross timing, the measurement of the fourth bioelectrical impedance at the sampling timing is performed. Based on the value, the fourth centering value at the sampling timing is generated. On the other hand, when the sampling timing is not the second zero cross timing, the fourth centering value generated at the sampling timing immediately before the sampling timing is generated. , Adopted as the fourth centering value at the sampling timing,
The respiratory level measuring device according to claim 8 or 9, wherein
ことを特徴とする請求項8から請求項10の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 The respiration level calculation unit calculates, for each respiration of the subject, a sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the third relative value in the respiration as the second right lung respiration level. Calculating a sum of absolute values of the maximum value and the minimum value of the fourth relative value in the one respiration as the second left lung respiration level;
The respiration level measuring apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein
前記被験者の前記右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、前記被験者の前記左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸レベル算出部は、
前記第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の中下部の換気能力を示す第2の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の中下部の換気能力を示す第2の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の呼吸レベル測定装置。 The bioelectrical impedance measuring unit is
A third bioelectric impedance on the right side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's right lung, and a fourth bioelectric impedance on the left side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's left lung. Measure and
The respiration level calculation unit
Based on the measured value of the third bioelectrical impedance, a second right lung respiration level indicating the ventilation ability of the middle and lower part of the right lung is obtained, while on the basis of the measured value of the fourth bioelectrical impedance, the left Determining a second left lung respiratory level indicative of the ability to ventilate the lower and middle lungs;
The respiratory level measuring device according to claim 1, wherein
前記被験者の右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第1生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第2生体電気インピーダンスと、前記被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第3生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第4生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸レベル算出部は、
前記第1生体電気インピーダンスの測定値および前記第3生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記第2生体電気インピーダンスの測定値および前記第4生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の呼吸レベル測定装置。 The bioelectrical impedance measuring unit is
A first bioelectrical impedance on the right side of the upper trunk that includes the upper part of the subject's right lung and does not include the abdomen; a second bioelectrical impedance on the left side of the upper part of the trunk that includes the upper part of the left lung of the subject and does not include the abdomen; Measuring the third bioelectrical impedance on the right side of the middle trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's right lung and the fourth bioelectrical impedance on the left side of the middle part of the trunk including the middle lower part and the abdomen of the subject's left lung; ,
The respiration level calculation unit
Based on the measured value of the first bioelectrical impedance and the measured value of the third bioelectrical impedance, the right lung respiration level indicating the ventilation capacity of the right lung is obtained, while the measured value of the second bioelectrical impedance and the Based on the measurement value of the fourth bioelectrical impedance, a left lung respiration level indicating the ventilation capacity of the left lung is obtained.
The respiratory level measuring device according to claim 1, wherein
ことを特徴とする請求項13に記載の呼吸レベル測定装置。 Of the two axes orthogonal to each other, one axis is the first bioelectrical impedance and the other axis is the third bioelectrical impedance. The measured value of the first bioelectrical impedance and the measured value of the third bioelectrical impedance Display data of a first Lissajous figure showing a change over time of the second bioelectrical impedance, the one axis as the second bioelectrical impedance, and the other axis as the fourth bioelectrical impedance, A display data generating unit that generates display data of a second Lissajous figure indicating a change over time of the measurement value and the measurement value of the fourth bioelectrical impedance;
The respiration level measuring apparatus according to claim 13.
ことを特徴とする請求項14に記載の呼吸レベル測定装置。 The display data generation unit generates display data of the first Lissajous figure and display data of the second Lissajous figure so that the first Lissajous figure and the second Lissajous figure are displayed in an overlapping manner.
The respiratory level measuring apparatus according to claim 14, wherein
ことを特徴とする請求項14または請求項15に記載の呼吸レベル測定装置。 The display data generation unit generates display data of the first Lissajous figure and display data of the second Lissajous figure so that a display mode of the locus of the first Lissajous figure is different from that of the second Lissajous figure. To
The respiration level measuring apparatus according to claim 14 or 15, wherein
前記表示データ生成部は、前記差異が強調して表示されるように前記第1リサージュ図形の表示データおよび前記第2リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項14から請求項16の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 A trajectory analysis unit for detecting a difference between the trajectory of the first Lissajous figure and the trajectory of the second Lissajous figure;
The display data generation unit generates display data of the first Lissajous figure and display data of the second Lissajous figure so that the difference is highlighted and displayed;
The respiration level measuring apparatus according to any one of claims 14 to 16, wherein
前記表示データ生成部は、前記第1振幅値および前記第2振幅値を用いて前記一方の軸のレンジを調整する一方、前記第3振幅値および前記第4振幅値を用いて前記他方の軸のレンジを調整し、前記第1リサージュ図形の表示データおよび前記第2リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項14から請求項17の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 The first amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the first bioelectrical impedance, the second amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the second bioelectrical impedance, and the amplitude of the measurement value of the third bioelectrical impedance. An amplitude value specifying unit that specifies a third amplitude value to be displayed and a fourth amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the fourth bioelectrical impedance;
The display data generation unit adjusts the range of the one axis using the first amplitude value and the second amplitude value, while the other axis uses the third amplitude value and the fourth amplitude value. And generating display data for the first Lissajous figure and display data for the second Lissajous figure.
The respiratory level measuring device according to any one of claims 14 to 17, wherein
前記表示データ生成部は、前記第1リサージュ図形の表示データおよび前記第2リサージュ図形の表示データを生成する場合に行う処理として、前記第1振幅値および前記第2振幅値を用いて前記一方の軸のレンジを調整する第1レンジ調整処理と、前記第3振幅値および前記第4振幅値を用いて前記他方の軸のレンジを調整する第2レンジ調整処理とを有し、
前記第2レンジ調整処理を行う頻度が前記第1レンジ調整処理を行う頻度より少ない、
ことを特徴とする請求項14から請求項17の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 The first amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the first bioelectrical impedance, the second amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the second bioelectrical impedance, and the amplitude of the measurement value of the third bioelectrical impedance. An amplitude value specifying unit that specifies a third amplitude value to be displayed and a fourth amplitude value indicating the amplitude of the measurement value of the fourth bioelectrical impedance;
The display data generation unit uses the first amplitude value and the second amplitude value as processing to generate display data for the first Lissajous figure and display data for the second Lissajous figure. A first range adjustment process for adjusting the range of the axis, and a second range adjustment process for adjusting the range of the other axis using the third amplitude value and the fourth amplitude value,
The frequency of performing the second range adjustment process is less than the frequency of performing the first range adjustment process.
The respiratory level measuring device according to any one of claims 14 to 17, wherein
ことを特徴とする請求項13に記載の呼吸レベル測定装置。 Of the two axes orthogonal to each other, one axis is the first bioelectrical impedance and the other axis is the third bioelectrical impedance. The measured value of the first bioelectrical impedance and the measured value of the third bioelectrical impedance Display data of a Lissajous figure indicating a change over time, or the one axis is the second bioelectrical impedance and the other axis is the fourth bioelectrical impedance, and the measured value of the second bioelectrical impedance and the A display data generating unit that generates display data of a Lissajous figure indicating a change with time of the measurement value of the fourth bioelectrical impedance;
The respiration level measuring apparatus according to claim 13.
ことを特徴とする請求項20に記載の呼吸レベル測定装置。 The display data generation unit generates the display data of the Lissajous figure so that the display mode of the locus of the Lissajous figure is different between the latest one breath and the other past breaths.
The respiration level measuring apparatus according to claim 20, wherein
ことを特徴とする請求項20に記載の呼吸レベル測定装置。 The display data generation unit generates display data of the Lissajous figure so that a display mode of a locus of the Lissajous figure changes according to an elapsed time;
The respiration level measuring apparatus according to claim 20, wherein
ことを特徴とする請求項20から請求項22の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 The display data generation unit generates display data of the Lissajous figure, and generates display data of a Lissajous figure for breathing guidance according to a target breathing type and the magnitude of the breathing.
The respiration level measuring apparatus according to any one of claims 20 to 22, wherein
前記傾斜角算出部が算出した傾斜角を予め定められた基準傾斜角と比較して、肺の換気能力の良否を判定する換気能力判定部と、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項20から請求項23の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 An inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of the locus of the Lissajous figure;
A ventilation capability determination unit that compares the inclination angle calculated by the inclination angle calculation unit with a predetermined reference inclination angle to determine the quality of the lung ventilation capability;
The respiratory level measuring device according to any one of claims 20 to 23, wherein:
前記生体電気インピーダンス測定部の測定結果または前記呼吸レベル算出部の算出結果に基づいて、前記被験者の呼吸の能力を検出する呼吸能力検出部と、
前記記憶部を参照し、前記呼吸能力検出部が検出した呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する前記訓練メニューに基づいて前記被験者の呼吸を訓練するための処理を行い、前記特定した階級に対応する前記クリア条件が成立すると、前記被験者の階級を当該階級より上位の次の階級に移行させる訓練管理部と、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項24の何れかに記載の呼吸レベル測定装置。 A storage unit that stores a training menu for training breathing and a clear condition for clearing the class for each class determined according to the ability of breathing,
Based on the measurement result of the bioelectrical impedance measurement unit or the calculation result of the respiration level calculation unit, a respiration capability detection unit that detects the respiration capability of the subject,
Referring to the storage unit, a class corresponding to the breathing ability detected by the breathing ability detection unit is specified, and a process for training breathing of the subject is performed based on the training menu corresponding to the specified class A training management unit that, when the clear condition corresponding to the specified class is established, further shifts the class of the subject to the next class higher than the class,
The respiratory level measuring device according to any one of claims 1 to 24, wherein:
前記右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸レベル測定装置。 An input unit for inputting the bioelectrical impedance of the part including the right lung of the subject measured by the bioelectrical impedance measuring apparatus and the bioelectrical impedance of the part including the left lung of the subject;
Based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the right lung, while obtaining the right lung respiration level indicating the ventilation ability of the right lung, while based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the left lung, A respiratory level calculation unit for obtaining a left lung respiratory level indicating the ventilation capacity of the left lung,
A respiratory level measuring device characterized by that.
前記右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める呼吸レベル算出部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸レベル測定システム。
A bioelectrical impedance measuring unit that measures bioelectrical impedance for a part including the right lung of the subject and a part including the left lung;
Based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the right lung, while obtaining the right lung respiration level indicating the ventilation ability of the right lung, while based on the measurement value of the bioelectrical impedance of the part including the left lung, A respiratory level calculation unit for obtaining a left lung respiratory level indicating the ventilation capacity of the left lung,
A respiratory level measurement system characterized by that.
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